UNAMA 2005/2

Um estudante observa uma bola de basquete que é largada de uma determinada altura, e constrói o gráfico do comportamento de uma determinada grandeza física (Y) da bola em relação a um intervalo de tempo (t) suficiente para que ela ricocheteie algumas vezes contra o solo.

O gráfico Y x t obtido, para o primeiro quadrante dos eixos cartesianos, é mostrado na figura a seguir. A grandeza física (Y) estudada pelo aluno, que mais se ajusta ao gráfico mostrado, é a:

A figura ao lado retrata uma turbina a vapor simplificada, onde a água constitui a substância de operação.

A seguir são relacionados alguns itens fundamentais para o seu funcionamento:

I) Na caldeira a água ferve a alta pressão constante, produzindo vapor, que se expande em direção às turbinas;

II) Enquanto o vapor a alta temperatura expande, realiza trabalho sobre a turbina. O vapor, ao passar pelas hélices da turbina, tem sua pressão e temperatura reduzidas, mantendo, ainda, seu estado de vapor. Essa diferença de pressão entre os lados anterior e posterior das hélices da turbina é a principal causa para o movimento delas. Contudo, esse processo se dá rapidamente, sem trocas de calor entre o vapor e as hélices;

III) No condensador, o vapor troca calor com o ambiente e, sob pressão constante, volta ao estado líquido;

IV) A bomba aumenta a pressão da água para devolvê-la à caldeira, com os valores de temperatura e pressão próximos aos do interior desta caldeira.

O Gráfico de pressão (P) x volume (V) que melhor representa as transformações termodinâmicas sofridas pela substância de operação na seqüência apresentada é:

Um dispositivo que tem uma interessante aplicação no campo da eletrônica é o Resistor Dependente da Luz (LDR – do Inglês Light Dependent Resistor). Sua resistência elétrica muda quando há incidência de luz. Na escuridão ele acusa resistência muito alta, mas quando iluminado, a resistência diminui.

A figura a seguir representa um circuito elétrico, contendo uma buzina (B) que é acionada, quando o LDR assume valores específicos de resistência.

LDR

Resistência quando iluminado: $400\,\Omega$

Resistência na escuridão: $1\,\text{M}\Omega=10^6\,\Omega$

Corrente máxima permitida: $75\text{ mA}=75\times10^{-3}\text{ A}$

Potência máxima dissipada: $250\text{ mW}=250\times10^{-3}\text{ W}$

Buzina (B)

Voltagem mínima de operação: $3\text{ V}$

Voltagem máxima de operação: $9\text{ V}$

Resistência: $240\,\Omega$

Considere, ainda, que:

$V_E=9\text{ V}$

$R=1200\,\Omega$

V é um voltímetro.

Com base nestas informações, analise as afirmativas abaixo:

I – A buzina é acionada apenas quando o LDR é iluminado.

II – À medida que a iluminação no LDR diminui, a voltagem em V aumenta.

III – Se $V_E$ passar a valer $15\text{ V}$, a buzina será danificada.

IV – Se $V_E$ passar a valer $50\text{ V}$, o LDR será danificado.

Está correto o que se afirma em:

Uma aplicação muito comum do LDR é o funcionamento das lâmpadas de postes. A figura abaixo mostra, de forma simplória, o esquema do circuito destas lâmpadas. Como de noite o LDR não está sendo iluminado, sua resistência é alta e a corrente elétrica na bobina (solenóide) que forma o eletroímã é baixa. Conseqüentemente, o campo magnético produzido é pouco intenso e a força magnética não consegue vencer a força elástica da mola, não atraindo a chave de contato presa à mola. De dia o inverso ocorre.

Neste caso, considere os seguintes dados:

Corrente que circula na bobina = $0{,}3\text{ A}$

Voltagem da Rede elétrica = $120\text{ V}$

Número de espiras da bobina = $500$

Comprimento da bobina = $10\text{ cm}$

Permeabilidade absoluta do vácuo = $4\pi\times10^{-7}\text{ T}\cdot\text{m/A}$

O módulo do vetor indução magnética, medido em Tesla, e a direção para onde aponta este vetor, no interior da bobina, é:

As células fotoelétricas são dispositivos que possuem um comportamento semelhante aos LDR, pois, também dependem da interação com a energia luminosa. Estas células, porém, constituem um perfeito exemplo de aplicação do Efeito Fotoelétrico, pois possuem uma placa (catodo) que, quando iluminada por um feixe de luz, emite elétrons, que são atraídos por outra placa, o anodo. Esse fenômeno gera uma corrente elétrica que interfere em um circuito paralelo de função específica, como no caso dos alarmes contra ladrão. Quando o feixe de luz é interrompido (pelo ladrão), a célula libera o acionamento do circuito paralelo, disparando o alarme.

Considerando que o catodo é feito de sódio metálico, cuja função de trabalho é de $2{,}28\text{ eV}$, analise as afirmativas a seguir:

Dado:

O produto da Constante de Planck (h) pela velocidade da luz (c) vale: $1{,}24\times10^{-6}\text{ eV}\cdot\text{m}$

Comprimento de onda na faixa do visível: $4000\text{ Å}$ a $7000\text{ Å}$

$1\text{ Å}=10^{-10}\text{ m}$

I) Na faixa do visível, somente algumas ondas possuirão comprimento de onda adequado para arrancar elétrons da placa.

II) Na faixa de onda dos raios X, os elétrons ejetados possuirão maior energia cinética do que os ejetados na faixa de onda do visível.

III) Na faixa de onda do infra-vermelho haverá maior probabilidade dos elétrons serem ejetados da placa.

IV) Na faixa de onda do visível a corrente elétrica produzida é maior que a corrente produzida na faixa de onda do ultra-violeta.

Está correto o que se afirma em: