Uma célula solar gera uma diferença de potencial de
quando conectada a um resistor de
e diferença de potencial de
quando conectada a um resistor de
. Quais são a) a
resistência interna e b) a fem da célula solar? c) A área da célula é de
e a intensidade da luz que a atinge é de
. Qual é a eficiência da célula em converter energia da luz em energia interna no resistor de 1000 2 ?
resistência interna e b) a fem da célula solar? c) A área da célula é de
Passo 1
Beleza, vamos lá! A gente tem uma célula solar que está conectada a dois resistores diferentes e está medindo duas tensões diferentes nessas configurações. O que a gente precisa descobrir são três coisas:
a) A resistência interna da célula solar.
b) A força eletromotriz (fem) da célula solar.
c) A eficiência da célula em converter a energia da luz em energia elétrica no resistor de 1000 Ω.
b) A força eletromotriz (fem) da célula solar.
c) A eficiência da célula em converter a energia da luz em energia elétrica no resistor de 1000 Ω.
Para isso, vamos usar conceitos de circuitos elétricos, como a Lei de Ohm, que relaciona tensão (V), corrente (I) e resistência ® pela fórmula
. Também vamos considerar a resistência interna da fonte e a energia envolvida na conversão.
Passo 2
Primeiro, vamos entender que a célula solar pode ser modelada como uma fonte de tensão ideal (com fem
) em série com uma resistência interna
. Quando conectamos um resistor externo
, a tensão medida
nos terminais da célula depende dessa configuração.
A corrente que passa pelo circuito é a mesma na fonte e no resistor externo, e pode ser calculada usando a fórmula:
E a tensão medida nos terminais da célula é:
Temos duas situações:
- Quando
, - Quando
,
Vamos usar essas duas equações para resolver
e
.
Passo 3
Vamos montar as duas equações com os valores fornecidos:
Para
:
Para
:
Agora, temos um sistema de duas equações com duas incógnitas (
e
). Vamos resolver esse sistema.
Primeiro, rearranjamos as equações para facilitar:
Agora, vamos igualar as expressões para
nas duas equações.
De (A):
De (B):
Igualando as duas expressões:
Multiplicando ambos os lados por 1000 para eliminar os denominadores:
Subtraindo
de ambos os lados:
Subtraindo 100 de ambos os lados:
Dividindo ambos os lados por 0,04:
Agora que temos
, vamos encontrar
usando uma das equações anteriores. Vamos usar a Equação (A):
Passo 4
Agora, vamos calcular a eficiência da célula solar na conversão de energia da luz em energia elétrica no resistor de
.
Primeiro, calculamos a potência elétrica (energia por unidade de tempo) no resistor de
:
Sabemos que:
Agora, calculamos a potência da luz incidente na célula solar:
Área da célula:
Intensidade da luz:
Então:
A eficiência
é a razão entre a potência elétrica obtida e a potência da luz incidente:
Resposta
a) A resistência interna da célula solar é de
.
b) A força eletromotriz (fem) da célula solar é
.
c) A eficiência da célula em converter energia da luz em energia elétrica no resistor de
é de aproximadamente
.