(Dissertativa) Um gerador contínuo fornece fem E = 48,0 V e tem resistência interna r = 0,50 O. Quando ligado…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Realizar previsões qualitativas e quantitativas sobre o funcionamento de geradores, motores elétricos e seus componentes, bobinas, transformadores, pilhas, baterias e dispositivos eletrônicos, com base na análise dos processos de transformação e condução de energia envolvidos – com ou sem o uso de dispositivos e aplicativos digitais –, para propor ações que visem a sustentabilidade.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
(Dissertativa) Um gerador contínuo fornece fem E = 48,0 V e tem resistência interna r = 0,50 O. Quando ligado a uma carga produz uma tensão terminal V_t = 45,0 V. Faça previsões quantitativas: calcule a corrente I, a resistência da carga R_L, a potência entregue à carga P_L, a perda em r (P_loss) e a eficiência ? = P_L/(P_L+P_loss). Explique qualitativamente como mudanças em r ou em R_L afetam a potência entregue e a eficiência; mencione o caso de máxima transferência de potência.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Cálculos: I = (E - V_t)/r = (48,0-45,0)/0,50 = 3,0/0,50 = 6,00 A. R_L = V_t/I = 45,0/6,00 = 7,50 O. P_L = V_t·I = 45,0·6,00 = 270 W. P_loss = I²·r = 6,00²·0,50 = 18,0 W. Eficiência ? = 270/(270+18) = 270/288 = 0,9375 ˜ 93,8%. Discussão: reduzir r (melhorar projeto do gerador) diminui perdas internas e aumenta eficiência e potência disponível à carga; reduzir R_L (carga mais baixa) aumenta corrente e potência na carga até certo ponto, mas aumenta perdas internas; na condição de máxima transferência de potência R_L = r, a potência na carga é P_max = E²/(4r) = 48,0²/(4·0,50) = 1 152 W, porém com eficiência somente 50% porque metade da potência é dissipada em r. Assim há trade-off entre maximizar potência entregue e eficiência do sistema.
Explicação
Os cálculos realizados demonstram a relação entre a tensão terminal, a corrente e a resistência da carga, permitindo determinar a potência entregue e as perdas no gerador. A discussão sobre como a resistência interna e a resistência da carga afetam a eficiência e a potência destaca a importância do equilíbrio entre essas variáveis para otimizar o desempenho do sistema. A condição de máxima transferência de potência ilustra que, embora a potência na carga seja maximizada, a eficiência é comprometida, evidenciando o trade-off entre esses dois aspectos.
Raio-X da questão
circuitos elétricos
avaliacao
lei de ohm · circuitos elétricos
Revisar a lei de Ohm e conceitos de potência em circuitos.
O aluno pode confundir a resistência total do circuito com a resistência da carga, levando a cálculos incorretos da corrente e potência.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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