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Questão 55

AFA 2013
Física

(AFA - 2013) No circuito elétrico esquematizado abaixo, a leitura no amperímetro A não se altera quando as chaves C1 e C2 são simultaneamente fechadas.

Considerando que a fonte de tensão ε, o amperímetro e os fios de ligação são ideais e os
resistores ôhmicos, o valor de R é igual a:

A
50 Ω
B
100 Ω
C
150 Ω
D
600 Ω

Gabarito: 600 Ω

Resolução:

As imagens abaixo mostram as situações simplificadas com as chaves abertas e fechadas, respectivamente.

Vamos utilizar a Lei de Ohm-Pouillet para calcular a corrente I_{1} (leitura do amperímetro) no circuito da primeira imagem: 

varepsilon = R.I_{1}

1,5 = (300+100+50)I_{1}

I_{1} = frac{1,5}{450} = 0,0033...=frac{1}{300}  A

A diferença de potencial entre os pontos B e C (U_{BC}) é:

U=100I_{1}

Substituindo I_{1} : 

U=100	imes frac{1}{300} = frac{100}{300}

U= frac{1}{3}  V

Quando as chaves são fechadas, a resistência de 50Omega fica em curto-circuito, podendo ser descartada, de acordo com a segunda imagem. Como a leitura do amperímetro não se altera, a corrente no resistor de 100Omega continua sendo I_{1} e a tensão entre os pontos B e C, também não se altera, então:

U= frac{1}{3}  V

O somatório das tensões entre os pontos A e C é igual à força eletromotriz da bateria, assim, podemos calcular a corrente I_{2}:

varepsilon = U+U

1,5 = 300I+frac{1}{3}

1,5 -frac{1}{3} = 300I_{2}

frac{4,5-1}{3} = 300I_{2}

frac{3,5}{3} = 300I_{2}

I_{2}= frac{3,5}{3 	imes 300} = frac{3,5}{900}  A

Pela lei dos nós:

i+I_{1}=I_{2}

i+frac{1}{300}=frac{3,5}{900}

i=frac{3,5}{900} - frac{1}{300}

i=frac{3,5-3}{900} = frac{0,5}{900}  A

Para o resistor de resistência R:

U=Ri

frac{1}{3}=R.frac{0,5}{900}

R = frac{1}{3}-frac{0,5}{900}

R = frac{900}{1,5}

R = 600 Omega

Resolução dos oficiais da resolução:

• Antes do fechamento das chaves

R = 300 + 100 + 50

R = 450

1,5 = 450cdot i_{1}

i_{1}=frac{1,5}{450}

• Depois do fechamento das chaves:

A resistência de 50 Ω fica em curto-circuito e não funciona

U_{AB} = 100cdot frac{1,5}{450}

U_{AB} =frac{1}{3}

U_{BC} = 1,5V

 

U_{AC} = U_{BC}-U_{AB}

U_{AC} = frac{3,5}{3}

 

U_{AC} = 300cdot i_{T}

frac{3,5}{3} = 300cdot i_{T}

i_{T} = frac{3,5}{3cdot 300}

 

i_{T} = i_{1}+i_{2}

i_{2} = i_{T} - i_{1}

i_{2} = frac{3,5}{3cdot 300} - frac{1,5}{450}

i_{2} = frac{1}{1800}

 

U_{AB} = Rcdot i_{2}

frac{1}{3} = Rcdot frac{1}{1800}

R = 600

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