(OBJETIVA, dif.1) Uma bateria tem força eletromotriz E = 12,0 V e resistência interna r = 2,00 O. Qual o valor…
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
(OBJETIVA, dif.1) Uma bateria tem força eletromotriz E = 12,0 V e resistência interna r = 2,00 O. Qual o valor da resistência de carga R que maximiza a potência dissipada na carga? Use P_load = (E^2·R)/(R+r)^2 e indique a unidade.
- A) R = 0,00 O
- B) R = 2,00 O
- C) R = 1,00 O
- D) R = 4,00 O
- E) R = 3,00 O
✅ Resposta correta: alternativa B
Resolução passo a passo
- Escrevemos a potência na carga: P = E^2·R/(R+r)^2, com E = 12,0 V e r = 2,00 Ω. Para encontrar o R que maximiza P, derivamos P em relação a R e igualamos a zero. Usando a regra do quociente, dP/dR = E^2·[(R+r)^2 − 2R(R+r)]/(R+r)^4 = E^2·(r − R)/(R+r)^3. Logo dP/dR = 0 quando R = r.
- Verificamos que é máximo: para R < r a derivada é positiva (P cresce) e para R > r a derivada é negativa (P decresce). Portanto o ponto R = r é um máximo.
- Conclusão: R = r = 2,00 Ω. Substituindo, P = (144·2)/(4^2) = 18 W, que é a maior potência possível na carga. A unidade de R é o ohm (Ω).
- Por que as outras estão erradas: R = 0 dá P = 0 (curto-circuito, toda a potência é dissipada na própria bateria); R = 1,00 Ω e R = 3,00 Ω não igualam a carga à resistência interna; R = 4,00 Ω também não satisfaz R = r.
- O gabarito oficial B está correto e coincide com a minha resolução. Não há dúvida sobre a questão.
💡 Dica: Aplique a fórmula da potência dissipada e derive em relação a R.
Alternativa por alternativa
Acredita que, para dissipar mais potência na carga, basta reduzir ao mínimo a resistência externa, confundindo corrente máxima (curto-circuito) com potência máxima na carga.
P_load = (E^2·R)/(R+r)^2; a expressão é máxima quando dP/dR = 0 => R = r. Assim R = 2,00 O para máxima potência (O).
Provavelmente toma a metade da resistência interna (r/2) como solução, aplicando uma regra de divisão por 2 sem derivar a expressão de P.
Supõe que a carga ideal é o dobro da resistência interna, possivelmente por errar o sinal ou a álgebra ao igualar a derivada a zero (por exemplo, escrevendo R+r = R·2 em vez de R+r = 2R, o que leva a R = 2r).
Por que engana: O aluno pode confundir a resistência que maximiza a potência com a resistência total do circuito, levando a um cálculo incorreto.
Acredita que a carga deve ser maior que a resistência interna para não desperdiçar energia na bateria, usando a intuição do dia a dia e não a condição matemática de máximo.
Raio-X da questão
potência elétrica
avaliacao
potência elétrica · circuitos elétricos
Revisar a fórmula da potência em circuitos elétricos.
O aluno pode confundir a resistência que maximiza a potência com a resistência total do circuito, levando a um cálculo incorreto.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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