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

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício sobre células solares juntos! A gente precisa entender um pouco de circuitos elétricos, principalmente sobre resistência interna e força eletromotriz (fem). Além disso, para a parte da eficiência, vamos dar uma olhada em como a energia da luz é convertida em energia elétrica. Então, vamos usar conceitos de resistência, tensão, corrente e eficiência energética para resolver as três partes do problema.

Passo 2

Primeiro, vamos visualizar a situação: temos uma célula solar com resistência interna desconhecida ® e fem desconhecida (ε). Quando ela está conectada a diferentes resistores externos, ela gera tensões diferentes. A gente tem duas situações:
  1. Conectada a , a tensão é .
  2. Conectada a , a tensão é .
Essas informações vão nos ajudar a montar duas equações e resolver para e .

Passo 3

Vamos lembrar da lei de Ohm e da regra de divisão de tensão em circuitos com resistência interna. A tensão medida ( ) quando a célula está conectada a um resistor externo ( ) é dada por:
Onde:
  • é a força eletromotriz da célula.
  • é a corrente que passa pelo circuito.
  • é a resistência interna da célula.
Também, pela lei de Ohm, a corrente é:
Mas podemos combinar essas duas equações para relacionar , , e .

Passo 4

Vamos aplicar isso nas duas situações que temos:
  1. Para e :
E a corrente é:
  1. Para e :
E a corrente é:

Passo 5

Agora, temos duas equações com duas incógnitas ( e ). Vamos resolver esse sistema de equações.
Primeiro, escrevemos as duas equações:
Vamos simplificar essas equações.

Passo 6

Simplificando a equação (1):
Fatorando :
Daqui, podemos isolar :
Vamos fazer o mesmo para a equação (2):

Passo 7

Agora temos duas expressões para :
Vamos igualar as duas expressões:
Agora, vamos resolver para :

Passo 8

Agora que temos , vamos substituir esse valor em uma das equações para encontrar . Vamos usar a equação (3):

Passo 9

Agora, vamos para a parte c) do exercício. A área da célula é de e a intensidade da luz é de . Queremos encontrar a eficiência da célula em converter energia da luz em energia interna.
Primeiro, vamos calcular a potência total da luz que incide na célula:
Á
A potência elétrica que a célula está gerando pode ser calculada usando a fórmulas . Vamos usar uma das situações, por exemplo, quando :
Primeiro, calculamos a corrente :
Então, a potência elétrica é:

Passo 10

Agora, a eficiência ( ) é a razão entre a potência de saída e a potência de entrada:

Resposta

a) A resistência interna da célula solar é de .
b) A força eletromotriz (fem) da célula solar é de .
c) A eficiência da célula em converter energia da luz em energia interna é de .

Exercícios relacionados

[ 2,0 pontos] Um medidor de Venturi está montado na base de um tubo que conduz água. O diâmetro do tubo é e o do estrangulamento é de . O líquido manométrico é o mercúrio . Determinar a vazão da água no tubo, sendo a diferença de altura entre os dois níveis do mercúrio nos dois ramos do manômetro igual a .
pontos Um lago está localizado numa região de grandes altitudes, em relação ao nível do mar. Neste lago, a profundidade média varia de 140 a 180 m . Se a medida da pressão absoluta a 70 m de profundidade do lago foi de . Encontre a altitude em que se encontra o lago. Considere que ao nível do mar a pressão atmosférica seja de e a densidade do ar igual a . Dado: .
Dois alto-falante, A e B, emitem sons uniformemente no ar, em todas as direções, a . A potência acústica emitida por A é igual a , e a potência de B é igual a . Os dois alto-falantes estão vibrando em fase com frequência igual a 172 Hz. b) Determine a intensidade e o nível da intensidade sonora no ponto C devido ao alto-falante A quando o alto falante B é desligado, bem com a intensidade e o nível da intensidade sonora devido ao alto-falante B quando o alto-falante A é desligado.
Respostas: (b)
Esboce um gráfico do campo elétrico gerado por uma partícula com carga elétrica de módulo igual a q em função da distância (d) até a partícula.