Enunciado

Duas lâmpadas possuem resistências de 400   Ω e 800   Ω . Supondo que as duas lâmpadas sejam conectadas em série a uma fonte de 120 V, calcule (a) a corrente que passa em cada lâmpada; (b) a potencia dissipada em cada lâmpada e (c) a potencia total dissipada nas duas lâmpadas. Agora as duas lâmpadas são conectadas em paralelo à fonte de 120 V. Calcule (d) a corrente que passa em cada lâmpada; (e) a potência dissipada em cada lâmpada; (f) a potencia total dissipada nas duas lâmpadas. (g) Em cada situação qual é a lâmpada que brilha com mais intensidade? (h) Em qual caso o brilho combinado das duas lâmpadas possui mais intensidade?

Passo 1

Devemos começar lembrando que para resistores em série, as tensões são diferentes e a corrente é a mesma.

  1. Esboçando o circuito, temos que:
  2. Assim, temos que a resistência equivalente desse circuito é igual a soma das resistências:

    R e q = R 1 + R 2 = 1200 Ω

    Agora podemos calcular a corrente que circula através da Primeira Lei de Ohm:

    V = R . I

    Para calculara a corrente:

    I = V R e q

    Substituindo o valor da tensão V = 120 V e da resistência equivalente que encontramos R e q = 1200 Ω :

    I = 120 V 1200 Ω = 0,100 A

    Esta é a corrente que circula pelos dois resistores

    Passo 2

  3. A potência dissipada em um resistor é dada pela seguinte equação:
  4. P = R . I 2

    Como a corrente é a mesma nos dois resistores, a potência dissipada em cada lâmpada é dada por:

    P 1 = I 2 . R 1 = 0,100 A 2 400 Ω = 4 W

    E

    P 2 = I 2 . R 2 = 0,100 A 2 800 Ω = 8 W

    Passo 3

  5. E a potencia total dissipada nas duas lâmpadas:
  6. P d i s s = P 1 + P 2 = 12 W

    a potência total dissipada em ambas as lâmpadas.

    Observe que o módulo da potência fornecida pela fonte é:

    P f o n t e = V a b I = 120 V 0,100 A = 12 W

    Ou seja, a energia fornecida pela fonte é igual a P d i s s .

    Passo 4

  7. Para resistores colocados em paralelo, temos a mesma tensão, porém correntes diferentes. O circuito é esboçado na figura abaixo:
  8. Agora podemos calcular a corrente que circula através da Primeira Lei de Ohm:

    V = R . I

    Para calculara a corrente:

    I = V R e q

    Sendo que a tensão é a mesma em cada um dos resistores V = 120 V :

    I 1 = V R 1 = 120 V 400 Ω = 0,300 A

    I 2 = V R 2 = 120 V 800 Ω = 0,150 A

    Observe que cada corrente é maior que a corrente quando os resistores são conectados em série.

    Passo 5

    A potência dissipada em um resistor é dada pela seguinte equação:

    P = R . I 2

  9. E, nesse caso, a potência dissipada em cada lâmpada:
  10. P 1 = I 1 2 R 1 = 0,300 A 2 400 Ω = 36 W

    E

    P 2 = I 2 2 R 2 = 0,150 A 2 800 Ω = 18 W

    Passo 6

  11. Agora, vamo calcular a potencia total dissipada:
  12. P d i s s = P 1 + P 2 = 54 W

    Observe que a corrente total consumida pela linha é I = I 1 + I 2 = 0,450   A . A fonte de tensão fornece uma potência igual a P = V a b ( 120   V ) ( 0,450   A ) = 54,0   W , que é igual à potência total dissipada pelas lâmpadas.

    Passo 7

  13. A lâmpada que está dissipando mais energia brilha mais intensamente.
  14. Considerando todas as potências que calculamos, a lâmpada que dissipa mais potência é a de 400 Ω , no caso em que ela está ligada em paralelo.

    Passo 8

  15. Enquanto o sistema que dissipa mais potência é o colocado em paralelo, pois no total dissipa 54 W , enquanto o sistema em série dissipa apenas 12 W .

Resposta

a)

I = 0,100 A

b)

P 1 = 4 W

P 2 = 8 W

c)

P d i s s = 12 W

d)

I 1 = 0,300 A

I 2 = 0,150 A

e)

P 1 = 36 W

P 2 = 18 W

f)

P d i s s = 54 W

g) A lâmpada que está dissipando mais energia brilha mais intensamente.

Considerando todas as potências que calculamos, a lâmpada que dissipa mais potência é a de 400 Ω , no caso em que ela está ligada em paralelo.

h) Enquanto o sistema que dissipa mais potência é o colocado em paralelo, pois no total dissipa 54 W , enquanto o sistema em série dissipa apenas 12 W .

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