Exercícios sobre amperímetro e voltímetro (com gabarito explicado)
Os amperímetros e voltímetros são instrumentos fundamentais para medir, respectivamente, a corrente elétrica e a diferença de potencial em circuitos. Neste conteúdo, você encontrará exercícios com gabarito explicado sobre o uso e a associação correta desses instrumentos, ideais para quem está se preparando para provas e exames como o ENEM.
Questão 1
Durante uma verificação energética em uma indústria, técnicos precisam avaliar o consumo de energia de uma máquina específica que opera continuamente.
Eles decidem medir a corrente elétrica que flui para a máquina e a tensão elétrica nos terminais da mesma para calcular sua potência de operação.
Para isso, eles utilizam um amperímetro para medir a corrente e um voltímetro para medir a tensão. No entanto, surge a dúvida sobre como conectar esses instrumentos para obter as medidas corretas sem interferir no funcionamento normal da máquina.
Considerando as características ideais dos instrumentos de medida e o objetivo da medição, qual das seguintes afirmativas descreve corretamente como conectar o amperímetro e o voltímetro?
a) O amperímetro deve ser conectado em paralelo com a máquina para medir a corrente total que flui para ela, e o voltímetro em série, para garantir que toda a tensão seja medida.
b) O amperímetro e o voltímetro devem ser ambos conectados em série com a máquina para medir, respectivamente, a corrente e a tensão.
c) O amperímetro deve ser conectado em série com a máquina porque sua resistência interna é alta, e o voltímetro em paralelo, pois tem baixa resistência interna.
d) O amperímetro deve ser conectado em série com a máquina para medir a corrente sem alterar significativamente a operação, pois tem baixa resistência interna, e o voltímetro em paralelo com a máquina, pois tem alta resistência interna e não desvia corrente significativa.
Resposta correta: alternativa d) O amperímetro deve ser conectado em série com a máquina para medir a corrente sem alterar significativamente a operação, pois tem baixa resistência interna, e o voltímetro em paralelo com a máquina, pois tem alta resistência interna e não desvia corrente significativa.
Para medir a corrente que flui para a máquina sem afetar sua operação, o amperímetro deve ser conectado em série. Isso é possível porque o amperímetro tem baixa resistência interna, minimizando a queda de tensão no instrumento.
Já o voltímetro deve ser conectado em paralelo com a máquina para medir a tensão nos seus terminais. O voltímetro tem alta resistência interna, o que significa que não desviará uma quantidade significativa de corrente do circuito, permitindo uma medição precisa da tensão sem afetar a operação da máquina.
Questão 2
Em uma residência, o morador decidiu instalar um sistema de aquecimento elétrico no chuveiro para os meses de inverno.
O fabricante do aquecedor informa que o aparelho possui duas resistências elétricas que podem ser acionadas individualmente ou simultaneamente, oferecendo três níveis de aquecimento: verão (resistência desligada), morno (uma resistência ligada) e inverno (duas resistências ligadas em paralelo).
Para verificar se a instalação elétrica suporta o consumo do chuveiro no modo inverno, o morador utilizou um amperímetro e mediu uma corrente de 40 A quando ambas as resistências estavam ligadas.
Sabendo que a tensão da rede elétrica é de 220 V e que as duas resistências são idênticas, o morador deseja calcular quanto de corrente passa por cada resistência individual quando o chuveiro opera no modo morno (apenas uma resistência ligada).
Qual será a corrente elétrica medida pelo amperímetro quando o chuveiro operar no modo morno?
a) 10 A
b) 15 A
c) 20 A
d) 30 A
Resposta correta: alternativa c) 20 A
Vamos primeiro determinar a resistência equivalente no modo inverno com as duas resistências em paralelo. Para isso usamos a Lei de Ohm: V = R . I
Para o sistema completo no modo inverno, temos:
Requivalente = V / I = 220 / 40 = 5,5 Ω
Vamos agora determinar o valor de cada resistência individual. Para duas resistências idênticas em paralelo, temos:
Requivalente = R / 2
5,5 = R / 2
R = 11 Ω
Podemos então calcular a corrente no modo morno com apenas uma resistência. Usando a Lei de Ohm para uma resistência individual, vem:
I = V / R = 220 / 11 = 20 A
Quando o chuveiro opera no modo morno, com apenas uma resistência ligada, o amperímetro registrará uma corrente de 20 A.
Esse valor é exatamente metade da corrente medida no modo inverno (40 A), o que faz sentido, pois com as duas resistências idênticas em paralelo, a corrente total é o dobro da corrente individual.
Questão 3
Uma indústria metalúrgica utiliza um forno elétrico de têmpera que opera com três resistências elétricas idênticas, que podem ser ligadas em diferentes configurações para ajustar a temperatura do processo. O sistema permite três modos de operação:
- Modo 1: uma resistência ligada,
- Modo 2: duas resistências ligadas em paralelo e
- Modo 3: três resistências ligadas em paralelo.
Durante uma inspeção de rotina, um técnico utilizou um amperímetro para medir as correntes elétricas em diferentes modos de operação. No Modo 3, com todas as resistências ligadas, o amperímetro registrou uma corrente total de 72 A.
Após alguns meses, uma das resistências apresentou defeito e precisou ser substituída. Porém, o fornecedor só tinha disponível resistências com valor 20% maior que as originais.
Por questões de urgência na produção, o técnico decidiu substituir apenas a resistência defeituosa e manter as duas originais. Agora o sistema opera com duas resistências originais e uma nova resistência (20% maior) todas ligadas em paralelo.
Considerando que a tensão da rede elétrica permanece constante em 380 V, qual será, aproximadamente, a nova corrente total medida pelo amperímetro com as três resistências (duas originais e uma nova) ligadas em paralelo?
a) 76 A
b) 70 A
c) 68 A
d) 60 A
Resposta correta: alternativa b) 70 A
Vamos primeiro determinar a resistência equivalente no Modo 3 original com três resistências idênticas em paralelo. Para isso usamos a Lei de Ohm: V = Req . I
Req = V / I = 380 / 72 ≈ 5,28 Ω
Vamos agora determinar o valor de cada resistência original. Perceba que para três resistências idênticas em paralelo, temos:
Req = R / 3
5,28 = R / 3
R = 15,84 Ω ≈ 15,8 Ω
Vamos determinar o valor da resistência nova que é 20% maior do que as originais.
Rnova = R . 1,20 = 15,8 × 1,20 = 18,96 Ω ≈ 19,0 Ω
Vamos calcular a resistência equivalente do novo sistema formado por duas resistências originais e uma nova, todas associadas em paralelo. Lembre que para a associação de resistências em paralelo, usamos:
Vamos calcular agora a nova corrente total, usando a Lei de Ohm:
Inova = V / Req,nova = 380 / 5,58 ≈ 68,1 A
Arredondando para o valor mais próximo das alternativas: aproximadamente 70 A.
A substituição de uma resistência original por outra 20% maior resulta em um aumento da resistência equivalente do sistema, o que causa uma redução na corrente total de 72 A para aproximadamente 70 A.
Isso demonstra que mesmo uma pequena alteração nos componentes pode afetar significativamente o desempenho de sistemas elétricos industriais.
Questão 4
Um técnico em eletrônica está realizando manutenção em um painel de controle industrial que possui três lâmpadas indicadoras ligadas em série.
Durante a inspeção, o técnico percebeu que uma das lâmpadas está queimada e decide utilizar um voltímetro para identificar qual delas apresenta defeito.
Ele sabe que as três lâmpadas são idênticas e que, quando funcionam normalmente, cada uma tem resistência de 80 Ω. Com o voltímetro, ele mediu a tensão em cada lâmpada e obteve os seguintes resultados: Lâmpada A = 0 V, Lâmpada B = 0 V e Lâmpada C = 120 V.
Considerando que uma lâmpada queimada se comporta como um circuito aberto (resistência infinita) e que as demais continuam com suas resistências originais, o técnico precisa calcular qual seria a corrente elétrica no circuito se a lâmpada defeituosa fosse substituída por uma nova lâmpada idêntica às originais.
Após a substituição da lâmpada defeituosa, qual será a corrente elétrica que circulará pelo circuito, medida em amperes?
a) 0,5 A
b) 1,0 A
c) 1,5 A
d) 2,0 A
Resposta correta: alternativa a) 0,5 A
Temos primeiro que interpretar as medições do voltímetro para identificar a lâmpada defeituosa. O enunciado deu:
- Lâmpada A = 0 V
- Lâmpada B = 0 V
- Lâmpada C = 120 V essa lâmpada está em curto-circuito e possui toda a tensão da fonte.
Como a Lâmpada C apresenta toda a tensão da fonte, isso indica que ela está em circuito aberto, ou seja, está queimada. As lâmpadas A e B não têm tensão porque não há corrente circulando pelo circuito em série quando há um componente em circuito aberto.
Vamos calcular a resistência total do circuito após a substituição. Com as três lâmpadas idênticas funcionando normalmente em série, temos:
Rtotal = RA + RB + RC
Rtotal = 80 + 80 + 80 = 240 Ω
Agora vamos calcular a corrente elétrica no circuito, usando a Lei de Ohm ou
I = V / Rtotal
I = 120 / 240 = 0,5 A
Vamos então calcular a tensão em cada lâmpada usando I = 0,5 A e R = 80 Ω para cada uma delas:
Vcada = R . I = 80 . 0,5 = 40 V
Verificaçãoda tensão total: 40 V + 40 V + 40 V = 120 V ✓
Após a substituição da lâmpada defeituosa (Lâmpada C), o circuito voltará a funcionar normalmente com uma corrente de 0,5 A circulando pelas três lâmpadas em série.
Cada lâmpada ficará submetida a uma tensão de 40 V, totalizando os 120 V da fonte de alimentação.
Questão 5
Em uma subestação de energia, um engenheiro está analisando um sistema de iluminação de emergência que utiliza quatro lâmpadas especiais conectadas em série, alimentadas por um banco de baterias que fornece 240 V.
As lâmpadas possuem as seguintes resistências quando em funcionamento normal:
Lâmpada 1 = 30 Ω,
Lâmpada 2 = 40 Ω,
Lâmpada 3 = 50 Ω e
Lâmpada 4 = 60 Ω.
Durante uma inspeção de rotina, o engenheiro notou que o sistema não estava funcionando adequadamente.
Utilizando um voltímetro, ele mediu a tensão em cada lâmpada e obteve os seguintes valores: Lâmpada 1 = 0 V, Lâmpada 2 = 80 V, Lâmpada 3 = 0 V e Lâmpada 4 = 160 V.
Após a análise, o engenheiro concluiu que duas lâmpadas estavam queimadas (comportando-se como circuito aberto), enquanto as outras duas formavam um divisor de tensão com a resistência interna da bateria, que é de 20 Ω.
Para restaurar o funcionamento normal do sistema, as lâmpadas defeituosas foram substituídas por novas idênticas às originais.
Após a substituição das lâmpadas defeituosas e com o sistema operando normalmente, qual será, aproximadamente, a potência total dissipada pelo conjunto das quatro lâmpadas?
a) 285 W
b) 259 W
c) 432 W
e) 360 W
Resposta correta: alternativa b) 259 W
Primeiro vamos identificar quais lâmpadas estão queimadas, usando as medições do voltímetro:
- Lâmpada 1 = 0 V ⇒ queimada - circuito aberto
- Lâmpada 2 = 80 V ⇒ funcionando
- Lâmpada 3 = 0 V ⇒ queimada - circuito aberto
- Lâmpada 4 = 160 V ⇒ funcionando
As Lâmpadas 1 e 3 estão queimadas.
Vamos verificar a situação real antes da substituição. Com as lâmpadas 1 e 3 em circuito aberto, apenas as lâmpadas 2 e 4 estão em série com a resistência interna da bateria. Assim, temos:
Rcircuito parcial = Rbateria + R2 + R4 = 20 + 40 + 60 = 120 Ω
Esse circuito possui corrente: I = 240 / 120 = 2 A
Vamos agora calcular a resistência total após a substituição da slâmpadas queiada, ou seja, a resistência no sistema completo.
Rtotal = Rbateria + R1 + R2 + R3 + R4
Rtotal = 20 + 30 + 40 + 50 + 60 = 200 Ω
A corrente no sistema restaurado é:
I = V / Rtotal = 240 / 200 = 1,2 A
Vamos então calcular a tensão em cada lâmpada.
V1 = I . R1 = 1,2 × 30 = 36 V
V2 = I . R2 = 1,2 × 40 = 48 V
V3 = I . R3 = 1,2 × 50 = 60 V
V4 = I . R4 = 1,2 × 60 = 72 V
A soma das tensões nas lâmpadas é: 36 + 48 + 60 + 72 = 216 V. Atente que os 24 V restantes são devidos à resistência interna da bateria.
Vamos calcular a potência dissipada pelas lâmpadas. Podemos clacular a partir da potência individual de cada lâmpada ou a partir da soma das resistênciaas. Aqui faremos pelos dois métodos. Lembre que Potência = corrente2 . resistência
Método 1 - Potência individual:
- P1 = I² . R1 = (1,2)² . 30 = 1,44 . 30 = 43,2 W
- P2 = I² . R2 = (1,2)² . 40 = 1,44 . 40 = 57,6 W
- P3 = I² . R3 = (1,2)² . 50 = 1,44 . 50 = 72,0 W
- P4 = I² . R4 = (1,2)² . 60 = 1,44 . 60 = 86,4 W
Assim: P1 = 43,2 + 57,6 + 72,0 + 86,4 = 259,2 W
Método 2 - Soma das resistências:
P1 = I² × (R2 + R2 + R3 + R3)
P4 = (1,2)² × (30 + 40 + 50 + 60)
P 4 = 1,44 × 180 = 259,2 W
Ajustando para o valor mais próximo considerando aproximações: 259 W
Questão 6
Um estudante de engenharia está trabalhando em um projeto de automação residencial que inclui um circuito de controle de iluminação.
O circuito é alimentado por uma fonte de tensão contínua de 24 V e possui três resistências em série: R1 = 4 Ω, R2 = 6 Ω e R3 = 10 Ω.
Para monitorar o funcionamento do circuito, o estudante utiliza um amperímetro para medir a corrente e um voltímetro para verificar a tensão em R2.
Inicialmente, ele mede a corrente com o amperímetro e obtém uma leitura de 1,2 A.
Posteriormente, o estudante decide medir a tensão em R2 utilizando o voltímetro e, em seguida, substitui R2 por uma nova resistência de 8 Ω, mantendo R1 e R3 inalteradas.
Qual será a nova corrente no circuito e a tensão em R2 após a troca?
a) 1,0 A e VR2 = 8,0 V
b) 1,2 A e VR2 = 9,6 V
c) 1,1 A e VR2 = 8,8 V
d) 1,0 A e VR2 = 6,0 V
Resposta correta: alternativa c) 1,1 A e VR2 = 8,8 V
Primeiro vamos calcular a tensão em R2 antes da substituição. Inicialmente temos a corrente de 1,2 A e R2 = 6 Ω. Assim, a tensão em R2 é:
V2 = I . R2 = 1,2 . 6 = 7,2 V
Vamos verificar a resistência total inicial e a tensão da fonte.
Rtotal inicial = R1 + R2 + R3 = 4 + 6 + 10 = 20 Ω
Usando a Lei de Ohm para verificar a tensão da fonte, ficamos com:
V = I . Rtotal = 1,2 . 20 = 24 V o que confirma a tensão fornecida.
Vamos agora calcular a nova resistência total após a substituição de R2 por uma nova R2 de valor 8 Ω.
Rtotal nova = R1 + nova R2 + R3 = 4 + 8 + 10 = 22 Ω
Calculando a nova corrente no circuito, ficamos com:
Inova = V / Rtotal nova = 24 / 22 ≈ 1,091 A ≈ 1,1 A
Vamos então calcular a nova tensão em R2, fazendo:
V2 nova = Inova . nova R2 = 1,091 × 8 ≈ 8,73 V ≈ 8,8 V
Após a substituição de R2 por uma resistência de 8 Ω, a corrente no circuito diminui para aproximadamente 1,1 A devido ao aumento da resistência total. A tensão em R2 aumenta para cerca de 8,8 V.
Questão 7
Em um laboratório de física, estudantes estão realizando um experimento para determinar a resistência interna de uma bateria.
O circuito montado consiste em uma bateria de força eletromotriz (ε) desconhecida, um resistor variável, um amperímetro ideal conectado em série e um voltímetro ideal conectado em paralelo com os terminais da bateria.
Durante o experimento, os estudantes ajustaram o resistor variável para dois valores diferentes e registraram as seguintes medidas:
Situação 1:
- Resistor ajustado para 8 Ω
- Voltímetro: 11,2 V
- Amperímetro: 1,4 A
Situação 2:
- Resistor ajustado para 14 Ω
- Voltímetro: 12,6 V
- Amperímetro: 0,9 A
Os estudantes sabem que a tensão medida pelo voltímetro (V) está relacionada com a força eletromotriz (ε) da bateria, sua resistência interna (r) e a corrente (I) pela expressão: V = ε - r . I
Com base nas medições realizadas e sabendo que os instrumentos são ideais (não interferem no circuito), os estudantes precisam calcular a potência dissipada pela resistência interna da bateria quando o resistor variável está ajustado para 20 Ω.
Qual é, aproximadamente, a potência dissipada pela resistência interna da bateria nessa nova configuração?
a) 1,368 W
b) 0,482 W
c) 1,231 W
d) 1,089 W
Resposta correta: alternativa c) 1,231 W
Primeiro vamos determinar a fem (ε) e a resistência interna (r) da bateria usando as duas situações.
Para a Situação 1:
- V₁ = ε - r . I₁
- 11,2 = ε - r . (1,4)
- 11,2 = ε - 1,4r (equação 1)
Para a Situação 2:
- V₂ = ε - r . I₂
- 12,6 = ε - r . (0,9)
- 12,6 = ε - 0,9r (equação 2)
Vamos resolver o sistema formado com as duas equações.
Subtraindo a equação 1 da equação 2, ficamos com:
12,6 - 11,2 = (ε - 0,9r) - (ε - 1,4r)
1,4 = - 0,9r + 1,4r
1,4 = 0,5r
r = 2,8 Ω
Agora vamos substituir r na equação 2:
12,6 = ε - 0,9 . (2,8)
12,6 = ε - 2,52
ε = 15,12 V
Vamos agora calcular a corrente quando o resistor variável é de 20 Ω. Nesse caso, a resistência total do circuito é:
Rtotal = Rexterno + r = 20 + 2,8 = 22,8 Ω
A corrente no circuito fica:
I = ε / Rtotal = 15,12 / 22,8 ≈ 0,6632 A
Vamos por fim calcular a potência dissipada pela resistência interna. Lembre que:
Pinterna = r . I²
Pinterna = 2,8 . (0,6632)²
Pinterna = 2,8 . 0,4398
Pinterna ≈ 1,231 W
A potência dissipada internamente representa uma perda energética que diminui a eficiência da bateria.
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Exercícios sobre geradores elétricos (com gabarito explicado)
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Exercícios sobre amperímetro e voltímetro (com gabarito explicado). Toda Matéria, [s.d.]. Disponível em: https://www.todamateria.com.br/exercicios-sobre-amperimetro-e-voltimetro-com-gabarito-explicado/. Acesso em:
