Enunciado
Física - Young and Freedman - Vol 3- Ed: 12º - Capítulo 26.Exercício - Ex. 17
Duas lâmpadas possuem resistências de e . 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.
- Esboçando o circuito, temos que:
- A potência dissipada em um resistor é dada pela seguinte equação:
- E a potencia total dissipada nas duas lâmpadas:
- Para resistores colocados em paralelo, temos a mesma tensão, porém correntes diferentes. O circuito é esboçado na figura abaixo:
- E, nesse caso, a potência dissipada em cada lâmpada:
- Agora, vamo calcular a potencia total dissipada:
- A lâmpada que está dissipando mais energia brilha mais intensamente.
- Enquanto o sistema que dissipa mais potência é o colocado em paralelo, pois no total dissipa , enquanto o sistema em série dissipa apenas .
Assim, temos que a resistência equivalente desse circuito é igual a soma das resistências:
Agora podemos calcular a corrente que circula através da Primeira Lei de Ohm:
Para calculara a corrente:
Substituindo o valor da tensão e da resistência equivalente que encontramos :
Esta é a corrente que circula pelos dois resistores
Passo 2
Como a corrente é a mesma nos dois resistores, a potência dissipada em cada lâmpada é dada por:
E
Passo 3
a potência total dissipada em ambas as lâmpadas.
Observe que o módulo da potência fornecida pela fonte é:
Ou seja, a energia fornecida pela fonte é igual a .
Passo 4
Agora podemos calcular a corrente que circula através da Primeira Lei de Ohm:
Para calculara a corrente:
Sendo que a tensão é a mesma em cada um dos resistores :
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:
E
Passo 6
Observe que a corrente total consumida pela linha é . A fonte de tensão fornece uma potência igual a , que é igual à potência total dissipada pelas lâmpadas.
Passo 7
Considerando todas as potências que calculamos, a lâmpada que dissipa mais potência é a de , no caso em que ela está ligada em paralelo.
Passo 8
Resposta
a)
b)
c)
d)
e)
f)
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 , 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 , enquanto o sistema em série dissipa apenas .