ENEM 2021 PPL — questão 96 de Física
Enunciado em texto
Baterias são dispositivos que acumulam energia e estão presentes em inúmeros aparelhos portáteis. Uma bateria ideal não possui resistência interna. Entretanto, baterias reais apresentam resistência interna disponibilizando uma tensão efetiva V inferior à sua tensão nominal ε, conforme a figura. Uma vez que se sabe o valor da tensão nominal da bateria, determina-se sua carga pelo conhecimento da corrente i enquanto está conectada a um circuito de resistência R, de tensão efetiva V, e da resistência interna r da bateria.
Na figura, a bateria real é representada por um gerador de fem ε em série com uma resistência interna r, dentro de uma caixa tracejada.
De posse de um voltímetro (V), de um amperímetro (A) e de uma resistência-teste R, a configuração adequada para avaliar a carga da bateria é:
a), b), c), d), e) — cinco esquemas ligando a bateria, o resistor R, o voltímetro e o amperímetro de maneiras diferentes. Na alternativa a), o amperímetro está em série com R e o voltímetro em paralelo com os terminais da bateria.
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem ao ENEM.
Resolução comentada
O que a questão pede: o esquema em que os dois instrumentos estão ligados corretamente para avaliar a carga da bateria.
Passo 1 — as duas regras, e o motivo físico de cada uma.
Amperímetro vai em SÉRIE. Ele precisa que toda a corrente do trecho passe por dentro dele. Por isso é construído com resistência praticamente nula — para não atrapalhar o circuito que está medindo. Ligado em paralelo, essa resistência nula vira um curto-circuito.
Voltímetro vai em PARALELO. Ele mede a diferença de potencial entre dois pontos, então precisa estar ligado a esses dois pontos. É construído com resistência praticamente infinita — para não desviar corrente. Ligado em série, ele abre o circuito.
Passo 2 — o que a questão quer medir. O enunciado diz: "determina-se sua carga pelo conhecimento da corrente ... da tensão efetiva , e da resistência interna ". Precisamos, ao mesmo tempo, da corrente que atravessa R e da tensão efetiva nos terminais da bateria.
Passo 3 — o esquema correto. Na alternativa A:
o amperímetro está no mesmo ramo do resistor , em série com ele → mede a corrente que sai da bateria;
o voltímetro está ligado diretamente aos dois terminais da bateria, em paralelo → mede a tensão efetiva .
Com , e conhecidos, a resistência interna sai de — que é exatamente o que a bateria "gasta" internamente e o que denuncia se ela está velha.
Resposta: alternativa A.
Como eliminar as outras em segundos, sem analisar circuito nenhum: procure o amperímetro em paralelo (curto na bateria) ou o voltímetro em série (circuito aberto). Qualquer esquema com um desses dois já está errado — e é assim que as outras quatro caem.
Por que a bateria real tem : o eletrólito e os eletrodos não são condutores perfeitos. Quanto mais velha ou descarregada a bateria, maior o — e maior a queda dentro dela. É por isso que uma pilha gasta faz o aparelho funcionar mal mesmo marcando quase a tensão nominal no voltímetro sem carga: só ligando o circuito o defeito aparece.
A ideia em uma frase: amperímetro entra no caminho da corrente; voltímetro fica de fora, ligado nos dois pontos.
Vídeo em breve
A resolução em vídeo desta questão ainda não foi gravada. A explicação escrita acima está completa, passo a passo. Novos vídeos saem no canal do Professor Filatte.
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