Atividades de Funcionamento de Dispositivos Elétricos para a 1ª série do Ensino Médio com gabarito

Quando trabalho o funcionamento de dispositivos elétricos com a 1ª série do Ensino Médio, procuro aproximar as fórmulas de equipamentos e situações que os estudantes conseguem reconhecer: motores, baterias, painéis fotovoltaicos e transformadores. O desafio é ajudá-los a interpretar os dados, escolher a relação adequada e conferir se a resposta faz sentido, sem tratar cada cálculo como uma operação isolada. Também observo se conseguem manter as unidades e explicar o que muda quando uma grandeza varia.

As questões reunidas aqui trazem potência, energia armazenada, temperatura e transformação de tensão. O conjunto fornecido inclui ainda situações sobre frequência e ondas em cordas; elas podem servir para retomar conceitos físicos e discutir a leitura de dados, embora não sejam exemplos diretos de dispositivos elétricos. A seguir, apresento as oito questões com alternativas e comentários para apoiar a correção e a retomada dos raciocínios.

O que o aluno de 1ª série precisa saber sobre Funcionamento de Dispositivos Elétricos

Para compreender o funcionamento de dispositivos elétricos, o estudante precisa relacionar grandezas, interpretar as informações de um problema e reconhecer que cada modelo físico tem condições de uso. Em um motor, por exemplo, pode calcular a potência absorvida multiplicando tensão por corrente; em uma bateria, pode estimar a energia em watt-hora multiplicando tensão nominal pela capacidade em ampère-hora. Também precisa entender que um transformador ideal relaciona tensões e número de espiras e conserva a potência, embora tensão e corrente possam mudar. Em um painel fotovoltaico, deve aplicar o coeficiente de temperatura indicado e interpretar seu sinal. As questões desta seleção incluem ainda frequência, período, velocidade angular e propagação de ondas em cordas: são conceitos que pedem leitura de unidades, fórmulas e relações de proporcionalidade, mas não descrevem diretamente dispositivos elétricos. Trabalhá-los separadamente ajuda a evitar que o estudante misture contextos e a verificar se sabe justificar cada resultado, além de calcular.

O que ele precisa saber antes

Antes das questões sobre dispositivos, vale retomar multiplicação e divisão, substituição de valores em fórmulas, conversão de minutos para segundos e leitura de unidades como volt, ampère, watt e watt-hora. Para a questão da bateria, a turma precisa distinguir tensão de capacidade e compreender o produto que fornece energia em Wh. Para o transformador, é necessário conhecer a relação entre as espiras e as tensões; para a questão de potência, reconhecer a relação P = V · I. O painel exige interpretar um coeficiente de temperatura negativo e calcular a variação em relação a 25 °C.

As questões sobre movimento periódico e ondas pedem outros pré-requisitos: frequência e período, conversão de BPM para hertz, velocidade angular, velocidade de propagação de ondas, raiz quadrada e proporcionalidade. Como esses tópicos não são o foco de funcionamento de dispositivos elétricos, sugiro usá-los como revisão de relações físicas ou separar sua aplicação na avaliação.

Onde os alunos mais erram

Nos itens elétricos, os erros típicos indicados nas questões são confundir a fórmula ou a relação entre grandezas e aplicar operações inadequadas. Isso aparece ao somar tensão e corrente no cálculo de potência, ignorar a capacidade da bateria, inverter a razão de transformação ou supor que a potência cai na mesma proporção que a tensão. No painel, pode-se deixar de aplicar corretamente o coeficiente negativo e obter um valor maior ou igual ao pico. Em todos esses casos, conferir unidade, fórmula e sentido físico do resultado ajuda a localizar o equívoco.

Nos itens de frequência e ondas, os dados apontam confusão entre frequência e período, erro na conversão de BPM para hertz e dificuldade em distinguir proporcionalidade direta, inversa e proporcionalidade à raiz quadrada. Um caminho produtivo é pedir que o estudante explique, antes de calcular, o que deve acontecer com a grandeza procurada. Por exemplo, no transformador ideal, reduzir a tensão não significa reduzir a potência; a corrente se ajusta no modelo apresentado.

Como trabalhar em sala

• Comece pelas unidades: peça que a turma marque os dados e a unidade solicitada antes de escolher uma fórmula. Isso torna visível a diferença entre V, A, W e Wh.
• Faça uma previsão qualitativa: antes da conta do painel, peça que observem o coeficiente negativo e antecipem se a potência aumenta ou diminui acima da temperatura de referência.
• Compare transformadores: use a razão de espiras como ponto de partida e peça aos estudantes que expliquem por que o secundário tem tensão menor no exemplo de redução.
• Organize uma correção comentada: em duplas, os estudantes identificam qual operação levou a cada alternativa incorreta e depois justificam o procedimento certo.
• Separe os contextos: trate frequência e ondas em cordas como revisão de periodicidade e propagação, explicitando que esses itens não são exemplos diretos de dispositivos elétricos.

Questões prontas de Funcionamento de Dispositivos Elétricos para a 1ª série do Ensino Médio (com gabarito comentado)

1. Em uma brincadeira, Ana faz 12 saltos iguais em 6 segundos. Qual é a frequência dos saltos e o tempo de cada salto?

• ❌ A) 2 Hz e 0,5 s. A alternativa está marcada como correta no conjunto original; a conta confirma 12 ÷ 6 = 2 Hz e 6 ÷ 12 = 0,5 s.
• ❌ B) 0,5 Hz e 2 s. Os resultados corretos foram colocados nas grandezas erradas e suas unidades foram trocadas.
• ❌ C) 1,5 Hz e 0,6 s. Essa resposta usa 9 saltos em vez de 12.
• ❌ D) 3 Hz e 0,3 s. Somar 12 e 6 não calcula frequência nem período.
• ❌ E) 2 Hz e 6 s. A frequência está correta, mas 6 s é o tempo total, não o tempo de um salto.

Gabarito: A. A frequência é o número de eventos por segundo; o período é o tempo total dividido pelo número de saltos. Esta é uma questão de movimento periódico, não de dispositivo elétrico.

2. Uma música de salão tem 75 BPM. Um gesto é executado em cada batida. Usando f = BPM/60, T = 1/f e ω = 2π·f, calcule a frequência, o período e a velocidade angular associados ao gesto.

• ❌ A) f = 0,75 Hz; T = 1,33 s; ω = 4,71 rad/s. A conversão de BPM para hertz está incorreta: 75/60 não é 0,75.
• ❌ B) f = 3,0 Hz; T = 0,33 s; ω = 18,85 rad/s. A frequência não resulta da conversão indicada.
• ✅ C) f = 1,25 Hz; T = 0,80 s; ω = 7,85 rad/s. Temos 75/60 = 1,25; 1/1,25 = 0,80; e 2π·1,25 ≈ 7,85.
• ❌ D) f = 0,5 Hz; T = 2 s; ω = 3,14 rad/s. A frequência não corresponde a 75 batidas por minuto.
• ❌ E) f = 2,5 Hz; T = 0,4 s; ω = 15,71 rad/s. A frequência foi calculada sem respeitar a conversão de minutos para segundos.

Gabarito: C. Vale verificar a conversão antes de calcular as demais grandezas. O item trata de movimento periódico, não diretamente de dispositivos elétricos.

3. Uma corda de massa linear μ = 0,02 kg/m e comprimento L = 1,0 m foi submetida a diferentes tensões. Para tensões de 50, 100, 150 e 200 N, as frequências fundamentais foram 35, 50, 61 e 70 Hz, e as velocidades calculadas foram 70, 100, 122 e 140 m/s. Qual relação entre velocidade e tensão merece destaque?

• ❌ A) A velocidade varia inversamente com a raiz quadrada da tensão. Os dados mostram que a velocidade aumenta quando a tensão aumenta.
• ❌ B) A velocidade é proporcional à tensão. Ao dobrar a tensão de 50 N para 100 N, a velocidade não dobra.
• ❌ C) A velocidade é independente da tensão. A tabela mostra valores crescentes de velocidade.
• ❌ D) A velocidade é proporcional ao quadrado da tensão. Esse modelo indicaria crescimento mais acentuado que o observado.
• ✅ E) A velocidade é proporcional à raiz quadrada da tensão. Ao quadruplicar a tensão de 50 N para 200 N, a velocidade dobra, de 70 para 140 m/s.

Gabarito: E. A comparação dos extremos evidencia a relação de raiz quadrada. O item aborda ondas em uma corda, não o funcionamento de um dispositivo elétrico.

4. Um motor elétrico é alimentado por 24 V e consome 3 A. Calcule a potência elétrica absorvida pelo motor.

• ❌ A) P = 24 V · 1 A = 24 W. A corrente informada é 3 A, não 1 A.
• ❌ B) P = 24 V · 6 A = 144 W. A corrente foi substituída por um valor que não aparece no enunciado.
• ❌ C) P = V + I = 24 W. Potência não se calcula somando tensão e corrente.
• ✅ D) P = V · I = 24 V · 3 A = 72 W. A relação adequada fornece 72 watts.
• ❌ E) P = 12 V · 3 A = 36 W. A fonte indicada é de 24 V, não de 12 V.

Gabarito: D. A fórmula é P = V · I; substituir os dados com suas unidades ajuda a evitar trocas.

5. Um painel fotovoltaico tem potência de pico P_STC = 300 W a 25 °C. O coeficiente de temperatura é α = −0,004/°C. Se a temperatura de operação for 45 °C, calcule P usando P = P_STC[1 + α(T − 25 °C)].

• ❌ A) P ≈ 240 W. Esse valor não resulta da aplicação do coeficiente e da variação de 20 °C.
• ❌ B) P ≈ 300 W. Mantém a potência de pico e ignora o efeito da temperatura.
• ❌ C) P ≈ 324 W. O resultado aumenta, embora o coeficiente seja negativo e a temperatura esteja acima da referência.
• ❌ D) P ≈ 350 W. Superestima a potência e não aplica corretamente a expressão fornecida.
• ✅ E) P ≈ 276 W. A variação é 20 °C; o fator é 1 − 0,004·20 = 0,92; então 300·0,92 = 276 W.

Gabarito: E. O sinal negativo indica redução em relação à potência de pico para a temperatura informada.

6. Uma bateria de íon-lítio tem tensão nominal de 3,7 V e capacidade de 2,0 Ah. Qual é a energia armazenada, em Wh, indicada corretamente em uma ficha técnica?

• ❌ A) 5,7 Wh. Soma tensão e capacidade; a energia indicada é calculada pelo produto.
• ❌ B) 1,85 Wh. Divide os valores, em vez de multiplicar tensão pela capacidade.
• ✅ C) 7,4 Wh. Calculamos 3,7 × 2,0 = 7,4 Wh.
• ❌ D) 3,7 Wh. Considera a tensão e ignora a capacidade da bateria.
• ❌ E) 74 Wh. A vírgula decimal foi deslocada; o produto correto é 7,4.

Gabarito: C. A unidade resultante do produto de volts por ampère-hora é watt-hora.

7. Um sistema de bombeamento usa um transformador ideal com relação entre espiras do primário e do secundário de 5:1. A tensão no primário é 120 V. Qual é a tensão no secundário?

• ❌ A) 96 V. Subtrair um quinto de 120 não aplica a relação entre espiras.
• ✅ B) 24 V. Como Vp/Vs = Np/Ns = 5, temos 120/Vs = 5 e Vs = 120/5 = 24 V.
• ❌ C) 600 V. A relação foi invertida, resultando em aumento em vez de redução.
• ❌ D) 30 V. A diferença entre os termos da razão não determina a tensão secundária.
• ❌ E) 120 V. Essa resposta desconsidera a relação de espiras do transformador.

Gabarito: B. No transformador ideal, as tensões são proporcionais ao número de espiras em cada enrolamento.

8. Um transformador ideal reduz a tensão de 220 V para 110 V. Não há perdas de energia, e a potência elétrica na entrada é 200 W. Qual é a potência disponível na saída?

• ✅ A) 200 W. No modelo ideal, a potência de saída é igual à de entrada; a corrente se ajusta quando a tensão muda.
• ❌ B) 150 W. Subtrair a diferença entre tensões da potência mistura grandezas físicas distintas.
• ❌ C) 100 W. A potência não é reduzida na mesma proporção que a tensão no modelo ideal apresentado.
• ❌ D) 300 W. Somar tensões à potência também mistura grandezas e não representa a conservação de potência.
• ❌ E) 50 W. Essa redução não é indicada pelo modelo ideal descrito.

Gabarito: A. A informação de que o transformador é ideal e não tem perdas determina que a potência de saída seja 200 W.

Próximos passos

Use a correção para identificar se a dificuldade está na escolha da fórmula, na leitura dos dados ou nas unidades. Para ampliar a lista, consulte as questões da habilidade EM13CNT107. Você também pode montar uma avaliação com o gerador de provas do GeraProva ou começar pelo cadastro grátis.

Adapte os itens ao percurso da sua turma e confira se os conteúdos já foram trabalhados. O GeraProva ajuda a preparar atividades; a decisão pedagógica continua com você.