gabarito da revista volume 1 - 3ª serie

GABARITO Caderno do Aluno Física – 3ª série – Volume 1
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Reconhecendo a eletricidade no dia-a-dia
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As respostas a essas questões dependerão de cada turma. Elas devem ficar em aberto. Há
possíveis respostas no Caderno do Professor.
Ordenando os aparelhos elétricos
Página 5
As respostas a essas questões dependerão de cada turma. Elas devem ficar em aberto. Há
possíveis respostas no Caderno do Professor.
Refletindo sobre a eletricidade
Página 5
1. Resposta pessoal.
2. Resposta pessoal.
3. A transformação de energia elétrica em térmica, mecânica, luminosa e outras.
4. Resposta pessoal.
5.
a) Cafeteira elétrica: resistores.
b) Rádio: comunicadores.
c) Bateria de celular: fonte.
d) Aspirador de pó: motores.
Leitura e Análise de Texto
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Tato, audição, paladar, olfato. Todos os sentidos do ser humano utilizam impulsos elétricos
para serem percebidos, desde o receptor até chegar ao cérebro.
SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 1
RECONHECENDO A ELETRICIDADE NO DIA-A-DIA
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VOCÊ APRENDEU?
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1. Apesar de pessoal, seguem algumas sugestões de resposta:
Resistivos: lâmpadas incandescentes, chuveiro elétrico, ferro de passar e fornos elétricos, etc.
Motores: aspirador de pó, barbeador elétrico, secador de cabelos, ventilador, lavadora de
roupas, etc.
Comunicadores: telefone, computador, televisão, rádio, celular, etc.
Fontes: bateria de relógio, pilha de controle remoto, tomadas, etc.
2.
a) Resistivos: resistência elétrica.
b) Motores: motores elétricos.
c) Comunicadores: elementos de comunicação e informação.
d) Fontes: fornecer energia elétrica.
Para Saber Mais
Página 7
Resposta pessoal.
LIÇÃO DE CASA
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1. Resposta pessoal.
2. Motores a combustão, nos sentidos do ser humano, fogão com acendimento
automático e na natureza.
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Buscando as especificações dos aparelhos
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1. Para fornecer os dados das principais grandezas, especificando: seu rendimento, suas
condições de uso correto e requisitos para o dimensionamento da rede elétrica.
2. Caso alguma especificação não seja obedecida, as condições de funcionamento do
equipamento ficarão comprometidas. Por exemplo, se a fiação especificada em um
chuveiro não for correta, poderá ocorrer um superaquecimento dela e iniciar um
curto-circuito.
3. Em geral os símbolos representam as unidades de medida das grandezas físicas.
4. Corrente elétrica – ampère (A); tensão – Volt (V); potência –watt (W); frequência –
Hertz (Hz)
5. Potência elétrica, pois mede a quantidade de energia consumida por unidade de
tempo.
6. Sim, normalmente os resistores são os equipamentos com as maiores potências e,
dependendo do tempo que ficam ligados, consomem grande quantidade de energia.
7. Não necessariamente. O consumo de energia está relacionado diretamente com a
potência do equipamento e o tempo que permanece ligado, por isso não se pode
afirmar que são os maiores consumidores de energia.
Verificando e comparando as especificações dos aparelhos
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1. Tensão: 220 V; potência: 4 400W; corrente: 25 A
2. E = P·t → Lâmpada: E = 60·24 → E = 1 440 Wh;
Chuveiro: E= 5 400·
4
1
→ E = 1 350 Wh; logo, neste caso, a lâmpada consome mais
energia.
3. 25 W – potência elétrica; 127 V – tensão; 60 Hz – frequência da corrente alternada;
321 mA – corrente elétrica.
SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 2
ENTENDENDO AS ESPECIFICAÇÕES DOS APARELHOS
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LIÇÃO DE CASA
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1. Resposta pessoal, mas espera-se que fique evidente que os aparelhos de alta potência
como: chuveiros elétricos, geladeiras e ferro de passar roupa, que funcionam por
períodos razoavelmente longos, representam boa parte do consumo de energia
elétrica em uma residência.
2. Resposta pessoal.
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ROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃO
Página 12
Respostas com base nas observações dos alunos.
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Respostas com base nas observações dos alunos.
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1. Tensão, corrente, resistência e potência elétrica.
2. Sim, pela primeira lei de Ohm: resistência (R) = tensão (V)/corrente (i)
Potência (P) = tensão (V) · corrente (i)
3. A lâmpada de 127 V foi projetada para determinada corrente. Caso seja colocada em
220 V, sua corrente irá aumentar, o que acarretará sua queima.
4.
i A i A i A
U
i P chuveiro ferro ador 7,1
127
9,5 ; 900
127
43,3 ; 1200
127
5500
sec        
i A total  59,9
O disjuntor desarmou porque a corrente do circuito da casa (59,9 A), deve ter superado a
corrente suportada pelo disjuntor.
Rch = 2, 93 Ω; Rferro = 13, 44 Ω; Rsecador = 17,92 → i = 59,9 A
SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 3
MONTANDO UM CIRCUITO ELÉTRICO
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VOCÊ APRENDEU?
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1. Corrente: é o fluxo ordenado de cargas elétricas.
Tensão: está associada ao conceito físico da diferença de potencial elétrico.
Resistência: está associado à dificuldade que as cargas encontram para deslocar-se no
interior de um condutor.
2.
i A i A
U
i P liquidificador batedeira 1,18
127
0,79 ; 150
127
   100   
i A total  1,97
3.
(150 + P) = 110·15
(150 + P) = 1 650
P = 1 650 – 150 → P = 1 500 W
4. Ah é uma unidade de medida chamada ampére-hora e, portanto o mAh é o mili
ampére-hora, ou a milésima parte do Ah. Ampére é a unidade de medida da corrente
elétrica, quando multiplicada pelo tempo, segundo a definição de corrente elétrica







t
i Q , resulta na carga elétrica. Ah é portanto, uma unidade de medida de carga
elétrica. é corrente vezes o tempo, que define a carga elétrica.
5. Resposta pessoal, mas espera-se que os alunos respondam:
O circuito série apresenta como principal desvantagem o fato de que se um elemento do
circuito parar de funcionar, todos os outros elementos do circuito também pararão. Já no
circuito paralelo, a principal desvantagem é que se muitos elementos forem anexados à ele, sua
corrente total ficará alta, e, se ele não for dimensionado para suportar altos valores de
correntes elétricas, poderá ocorrer sobreaquecimento do circuito e, em casos extremos, até
incêndio.
LIÇÃO DE CASA
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1.
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Se uma das lâmpadas queimar, as outras param de funcionar. Caso seja acrescentada
uma quarta lâmpada, com o circuito funcionando novamente, a resistência
equivalente aumenta, diminuindo a corrente no circuito, o que leva a um brilho
menos intenso em todas as lâmpadas.
2.
Na ligação em paralelo, caso uma das lâmpadas queime, as outras funcionam
normalmente com o mesmo brilho, porém, a corrente total do circuito diminui. No
caso de acrescentar uma quarta lâmpada, elas brilharão com a mesma intensidade,
porém a corrente total do circuito aumentará.
3.
a) P = V·i → 60 = 120 · i → i = 0,5 A
b) V = R·i → 120 = R · 0,5 → R = 240 Ω
4. Pmáx = 110·30 = 3 300 W
Logo, pode-se ligar ao mesmo tempo o chuveiro, a lâmpada e a TV.
5. Corrente elétrica, tensão, potência e resistência.
6.
a) Corrente elétrica: Ampère (A).
b) Tensão elétrica: Volt (V).
c) Resistência elétrica: Ohm (Ω).
d) Carga elétrica (no caso das baterias): Ampére-hora (Ah) ou Coulomb (C).
7. Resposta pessoal, mas espera-se que os alunos destaquem as características
particulares de cada circuito No circuito série a corrente que circula por todos os seus
elementos é a mesma, já no circuito paralelo, cada elemento é atravessado por uma
corrente elétrica diferente, no entanto, a tensão oferecida à todos os elementos do
circuito é a mesma.
8. Em paralelo, pois todas têm a mesma tensão: 127 V.
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8
9. P =
t
E


. Potência é a medida da energia transformada por unidade de tempo.
10. U= R.i. A tensão é diretamente proporcional ao produto da resistência pela corrente.
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Choque elétrico
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Entrevista com eletricista. As respostas dependem do entrevistado.
8. O choque ocorre quando uma corrente elétrica percorre o corpo, devido a uma
tensão. Portanto, a causa inicial é a tensão, mas é a corrente que produz danos.
9. Pessoa molhada → i = 127/1 000 → i = 0,127 A (pode causar a morte).
Pessoa seca → i = 127/100 000 → i = 0,00127 A (pode causar dor).
VOCÊ APRENDEU?
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1. Porque, com a pele molhada, a resistência do corpo diminui e a corrente se eleva,
podendo levar à morte se a duração for prolongada.
2. A tensão da rede elétrica e as condições da pele (seca ou molhada).
3. O choque acontece quando uma corrente elétrica atravessa o corpo. Se, o eletricista
fechou o circuito com o seu corpo, por exemplo, pegando o fio fase com uma mão e
o neutro com o outra, a bota não seria capaz de isolar este choque, já que o circuito
não se fechou pelo piso. Também é possível que o circuito tenha se fechado entre o
corpo e o piso, mesmo estando com uma bota de borracha. Isso pode ocorrer para
valores de tensão bastante elevados, onde a borracha perde sua capacidade de
isolação.
4. Consulte a Tabela da página 21.
SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 4
CHOQUES ELÉTRICOS
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SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 5
DIMENSIONANDO O CIRCUITO DOMÉSTICO
Dimensionando o circuito elétrico
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1. Quanto maior o comprimento do fio, maior deverá ser sua bitola.
2. Resposta pessoal, mas espera-se que o aluno relacione o aumento do comprimento à
um aumento na resistência, e, o aumento da bitola, à uma diminuição da resistência .
3. A condição de funcionamento do equipamento poderá ser comprometida, bem como
a integridade da rede elétrica residencial.
4. Ficará mais fácil.
5. A resistência diminui, por isso é mais fácil o movimento.
6. A resistência elétrica é inversamente proporcional à bitola.
Para Saber Mais
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1. Resistência antes → R = ρ l/A
Resistência depois → R’ = ρ 2 l/A
Logo, R’ = 2 R, ou seja, a resistência com extensão é o dobro da resistência sem
extensão.
2. Dobrando a resistência, mantendo o mesmo valor da tensão, a corrente suportada
pela fiação irá diminuir pela metade.
3. A corrente que circula no fio é definida basicamente pela potência do
eletrodoméstico. Porém, como neste caso a resistência do fio tem valor considerável,
podemos pensar que se trata de um circuito onde o eletrodoméstico está ligado em
série com um resistor (no caso o próprio fio), dessa forma, como a resistência
equivalente do circuito aumentou, a corrente diminuirá, já que a tensão se manteve
constante. A instalação portanto não corre risco, já que a corrente total diminuirá,
porém o eletrodoméstico poderá apresentar um funcionamento irregular devido à
menor potência que irá operar.
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VOCÊ APRENDEU?
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1. Comprimento e espessura do fio.
2. A corrente também se altera. Corrente e resistência são inversamente proporcionais.
3. Resposta pessoal, mas espera-se que o aluno seja capaz de avaliar que a bitola do fio
pode ser menor do que o tamanho exigido para determinados níveis de corrente
elétrica.
LIÇÃO DE CASA
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1. PT = 2 750 W; i = 2 750/127 → i = 21,65 A. Logo, a fiação irá suportar o
funcionamento dos três equipamentos, pois a corrente total será menor do que a
suportada pelo fio.
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SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 6
ENERGIA ELÉTRICA E A CONTA DE LUZ MENSAL
Energia elétrica e a conta de luz mensal
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1. 129 KWh
2. KWh
3. 18 novembro de 2008
4. 129/30 → 4,3 KWh/dia
5. 45,72
6. R$ 45,72/129 KWh. 0,35 reais por KWh
7. Resposta pessoal.
8. Resposta pessoal.
9. Resposta pessoal.
VOCÊ APRENDEU?
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1. Resposta pessoal.
2. Porque além do valor do kWh, há impostos cobrados pelos governos federal,
estadual e municipal, como taxa de iluminação pública.
3. E = 5,49 (kW)·30 (dias)·10/60 (h)
4. R$ 7,13
5. Resposta pessoal.
6. 1 J = 1 W·s → 1 kWh = 3 600 000 J
LIÇÃO DE CASA
Página 31
Repostas pessoais.
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SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 7
PERCEPÇÃO DOS CAMPOS E SUA NATUREZA
ROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃO
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Essas questões dependem do desenvolvimento da atividade.
VOCÊ APRENDEU?
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1. Atrito: corpos ficam carregados com sinais contrários.
Contato: corpos ficam carregados com mesmos sinais.
Indução: corpos ficam carregados com sinais contrários.
2. A repulsão entre corpos eletrizados ocorre quando estes têm cargas de sinal
contrário. Já no caso do ímã, quando os polos são diferentes (norte e sul).
3. A força de indução entre duas cargas elétricas é diretamente proporcional ao produto
das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas
2
1 2
d
Q Q
F  k [N]
4. Não. O corpo neutro tem campo elétrico, no entanto, a igualdade de cargas positivas
e negativas faz com que a ação do campo seja nula.
LIÇÃO DE CASA
Página 35
2. Não, o campo elétrico está sempre presente. O que houve foi um desequilíbrio entre
as cargas elétricas.
3. O corpo é considerado positivo quando tem falta de elétrons e considerado negativo
quando tem excesso de elétrons.
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SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 8
ESTIMANDO GRANDEZAS
Estimando grandezas
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As respostas devem ser construídas durante a aula com o professor.
VOCÊ APRENDEU?
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1. i = 1 400/127 = 11,02 A; Q = 11,02·40·60 = 26 456,7 C
2. Basicamente, é o atrito.
3. Considerando uma nuvem de formato circular, podemos calcular da seguinte forma:
C= 8, 85 · 10-12 · 3,14 · (2 500)2 / 1 000 → C = 0,17 μF
4. Resposta pessoal.
5. Resposta pessoal.
6. Resposta pessoal.
LIÇÃO DE CASA
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1. É um cálculo aproximado daquilo que se procura investigar. Muitas vezes utiliza-se
somente a ordem de grandeza para se realizar a estimativa.
2. A energia armazenada em um capacitor é devida ao campo elétrico que as cargas
elétricas das placas geram no interior do capacitor.
3. Resposta pessoal, mas espera-se que o aluno possa relacionar a descarga à um efeito
da capacitância entre o corpo e a maçaneta ou entre o corpo e a porta do carro.
4. Resposta pessoal.