Física · gerador não ideal · associação de geradores em série · força eletromotriz e resistência interna
Em uma comunidade rural, os moradores utilizam uma bomba-d’água alimentada por 100 V de tensão contínua, podendo variar em até 5 V. Um eletrotécnico pretende instalar placas fotovoltaicas para alimentar essa bomba. As placas são idênticas e cada uma apresenta tensão de operação igual a 34 V com corrente de 7,5 A. Além disso, cada placa apresenta 40 V de tensão elétrica, quando em circuito aberto. Assim, considerando que a placa descrita é um gerador não ideal, em circuito aberto ela pode ser representada conforme a figura: O eletrotécnico construiu um circuito que permite à bomba-d’água operar corretamente com o menor número possível de placas conectadas. Para isso, desenhou um diagrama no qual todas essas placas são representadas como um único gerador não ideal, com a especificação das correspondentes características elétricas. O diagrama que representa o circuito construído pelo eletrotécnico é:
O que a prova mostra
Uma figura no enunciado e cinco nas alternativas, que são desenhos de circuito.
(1) A figura do enunciado — um trecho de circuito desenhado na horizontal, sem moldura:
(2) As cinco alternativas têm o mesmo desenho de base: um retângulo de fio; no lado de cima, à esquerda, o símbolo de gerador (com − e +) e, à direita dele, uma linha em ziguezague; no lado de baixo, um retângulo com a palavra "Bomba" escrita dentro.
O que muda de uma para outra são dois números escritos acima do lado de cima: a tensão, à esquerda, sobre o gerador, e a resistência, à direita, sobre o ziguezague.
A — 136 V e 3,2 Ω B — 120 V e 2,4 Ω C — 120 V e 5,3 Ω D — 102 V e 2,4 Ω E — 102 V e 5,3 Ω
circuito com gerador de 136 V, resistência de 3,2 Ω e a bomba
circuito com gerador de 120 V, resistência de 2,4 Ω e a bomba
circuito com gerador de 120 V, resistência de 5,3 Ω e a bomba
circuito com gerador de 102 V, resistência de 2,4 Ω e a bomba
circuito com gerador de 102 V, resistência de 5,3 Ω e a bomba
Cada placa: ε = 40 V e r = 0,8 Ω. Três em série dão 102 V em operação, dentro de 100 ± 5 V. O gerador equivalente tem 120 V e 2,4 Ω.
Por que a B é a certa
Cada placa tem 40 V em circuito aberto e 34 V operando com 7,5 A. A diferença é a queda na resistência interna: r = (40 − 34) ÷ 7,5 = 0,8 Ω. Em série, as tensões de operação se somam: duas placas dão 68 V, três dão 102 V, que fica dentro de 100 ± 5 V. Logo, três placas. O gerador equivalente soma as forças eletromotrizes e as resistências internas: 3 × 40 = 120 V e 3 × 0,8 = 2,4 Ω.
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Precisava saber