Exercícios de Carga elétrica - Física com o BFFísica com o BF

Tente resolver cada exercício antes de abrir a resposta. As resoluções ficam disponíveis logo abaixo de cada questão.

Questões desta lista

Questão 1

ENEM · PPL 2025

Como funcionam os relógios de quartzo

Na grande maioria dos relógios produzidos atualmente, a contagem do tempo é medida pelas vibrações de um minúsculo cristal de quartzo. Esse cristal gera pulsos elétricos quando submetido a uma pressão mecânica e vibra quando atravessado por uma corrente elétrica. Essa propriedade singular, chamada de piezoeletricidade, possibilita que a vibração seja captada por eletrodos (condutores metálicos de eletricidade). O cristal instalado em determinado modelo de relógio vibra exatas 32768 vezes por segundo. Esses pulsos
são interpretados por um circuito eletrônico para formar os números do mostrador digital.

Disponível em: https://super.abril.com.br/mundo-estranho. Acesso em: 3 dez. 2021 (adaptado).

A propriedade que possibilitou o desenvolvimento desses relógios também está associada ao funcionamento de um(a)

Ver resposta e resolução da questão 1

Resposta: D

O fenômeno central descrito no texto é a piezoeletricidade, uma propriedade física presente em certos materiais cristalinos que permite a interconversão entre energia mecânica e energia elétrica. De forma prática, quando esses cristais sofrem uma deformação ou pressão mecânica, ocorre um deslocamento de cargas internas que gera uma diferença de potencial elétrico. Inversamente, ao aplicar um campo elétrico sobre o material, ele sofre uma alteração em sua dimensão física, resultando em vibração.

Ao analisarmos as opções apresentadas, percebemos que o microfone é o dispositivo que utiliza esse princípio para operar. O processo de captação sonora em um microfone baseia-se na recepção de ondas acústicas, que são essencialmente variações de pressão no ar. Quando essas ondas atingem o diafragma do microfone, elas provocam uma vibração mecânica no componente interno, que pode conter elementos piezoelétricos.

Essa oscilação mecânica causada pelo som é convertida diretamente em sinais elétricos por meio da propriedade piezoelétrica, transformando a energia acústica em um fluxo de corrente variável que representa a onda sonora original. Portanto, o mecanismo de funcionamento do microfone guarda uma relação direta com a tecnologia aplicada nos relógios de quartzo mencionada no enunciado.

Dessa maneira, conclui-se que a alternativa D está correta, pois identifica o microfone como o equipamento que depende da conversão de vibrações mecânicas em sinais elétricos para cumprir sua função.

Questão 2

EEAR 2025

Em eletrostática, utilizamos conceitos de carga elétrica, processos de eletrização de um corpo e a influência que as propriedades dos materiais exercem no processo de eletrização. O princípio da eletrostática nos mostra uma gama de itens que implicam na análise da carga elementar, bem como a importância da força existente entre elas.

A cerca do assunto referido, assinale a alternativa correta sobre os tópicos de eletrostática.

Adote a carga elementar e = 1,6⋅10⁻¹⁹ C.

A.2μC equivalem 2⋅10⁻³ C.
B.Na eletrização por contato, os corpos ficam eletrizados com cargas de sinais contrários.
C.Um corpo inicialmente neutro, ao perder 6 elétrons, fica carregado com carga de 9,6⋅10⁻¹⁹ C.
D.Se um corpo possui 8.10²⁰ elétrons e 4.10²⁰ prótons, a carga elétrica desse corpo é de 50 C.

Ver resposta e resolução da questão 2

Resposta: C

[A] Falsa. $2 μC$ equivalem a $2 \cdot 10^{- 6} C .$

[B] Falsa. Na eletrização por contato, os corpos ficam eletrizados com cargas de mesmo sinal.

[C] Verdadeira. Ao perder 6 elétrons, a carga do corpo adquire uma carga igual a:

$Q = ne = 6 \cdot 1, 6 \cdot 10^{- 19}$
$Q = 9, 6 \cdot 10^{- 19} C$

[D] Falsa. A carga do corpo é de:

$Q = ne = - 4 \cdot 10^{20} \cdot 1, 6 \cdot 10^{- 19}$
$Q = - 64 C$

Questão 3

Provão Paulista · Etapa II 2024

Capacitores são amplamente usados em sistemas elétricos. Nos recentes carros elétricos, por exemplo, eles podem complementar a função da bateria, liberando energia rapidamente em momentos de picos de potência, como acelerações bruscas. Também são usados nos sistemas de freios regenerativos, que geram energia elétrica em momentos de frenagem. Comumente são usadas associações de capacitores para esses fins.

Suponhamos que dois capacitores, um de 3μ F e outro de 6μF, sejam associados em série e submetidos a uma diferença de potencial de 120 V.

Qual seria a carga armazenada nessa associação?

Ver resposta e resolução da questão 3

Resposta: D

Capacitância equivalente dos capacitores em série:

$C_{e q} = \frac{3 \cdot 6}{3 + 6} = 2 μ F$

Carga armazenada nessa associação:

$Q = C_{e q} U = 2 \cdot 120$
$Q = 240 μ C$

Questão 4

UNICENTRO 2023

Os dispositivos de carga acoplada ou CCD ( charge-coupled device ) são peças de grande destaque na tecnologia de imageamento digital. O CCD é um sensor semicondutor para captação de imagens por um circuito integrado que contém uma matriz de capacitores acoplados. Por meio de lentes, uma imagem é projetada na matriz de capacitores e faz com que cada capacitor acumule uma carga elétrica proporcional à intensidade da luz incidente. Para atingir sua função no CCD, os capacitores são organizados por meio de associações.

Sobre as propriedades das associações de capacitores, atribua V (verdadeiro) ou F (falso) às afirmativas a seguir.

( ) Na associação de capacitores em paralelo, a carga total é a soma das cargas de cada capacitor.

( ) Na associação de capacitores em série, as cargas elétricas armazenadas nas armaduras de cada capacitor são iguais.

( ) A diferença de potencial elétrico é igual para todos os capacitores em uma associação em paralelo.

( ) Um sistema constituído de N capacitores iguais, de capacitância C, conectados em paralelo, pode ser substituído por um único capacitor, cuja capacitância seja igual a $\frac{C}{N}$ .

( ) Em uma associação em série, a capacitância equivalente é igual à soma das capacitâncias de cada capacitor.

Assinale a alternativa que contém, de cima para baixo, a sequência correta.

Ver resposta e resolução da questão 4

Resposta: A

[V] A característica da associação em paralelo de capacitores é que a tensão em cada um deles é a mesma, ou seja, é constante. Assim, sabendo-se que a capacidade (C) de um capacitor (ou condensador) é a razão entre a carga (Q) e a tensão (U), tem-se para uma associação paralela de 3 capacitores:

$\begin{array}{l} C_{eq} = C_{1} + C_{2} + C_{3} \to_{U = c^{te}}^{U = c^{te}} C_{eq} = \frac{Q_{1}}{U} + \frac{Q_{2}}{U} + \frac{Q_{3}}{U} \Rightarrow \\ C_{eq} = \frac{Q_{1} + Q_{2} + Q_{3}}{U} \overset{C_{eq} U = Q_{tot}}{\to} = Q_{1} + Q_{2} + Q_{3} \end{array}$

[V] Sabendo-se que a tensão total da associação em série é a soma das tensões em cada capacitor, tem-se que a carga total do conjunto é igual à carga de cada um dos capacitores, ou seja, a carga é constante.

[V] A ddp em cada capacitor quando associado em paralelo são iguais entre si.

[F] Estaria correto se a associação dos capacitores fosse em série. No caso da associação em paralelo, a capacitância do capacitor equivalente seria de $C_{e q} = N \cdot C$ .

[F] A capacitância para uma associação de capacitores em série é obtida invertendo-se a soma dos inversos de cada capacidade da associação.

$\frac{1}{C_{eq}} = \frac{1}{C_{1}} + \frac{1}{C_{2}} + \frac{1}{C_{3}} \dots$

Questão 5

UECE 2023

O filósofo Tales de Mileto percebeu que, ao esfregar âmbar com pele de carneiro, pedaços de madeira eram atraídos pelo âmbar. Em 1672, Otto von Guericke inventou uma máquina capaz de eletrizar uma esfera de enxofre. A partir daí, é possível citar várias inovações relacionadas à eletricidade: a criação do para-raios por Benjamin Franklin; as observações de Hans Christian Örsted relacionadas a um fio percorrido por uma corrente elétrica que interage com agulha de uma bússola e a equação por meio da qual se estabelece uma relação entre a eletricidade e o magnetismo, formalizada em 1831 por Michael Faraday. Os fatos descritos anteriormente estão relacionados ao eletromagnetismo. Sobre cargas elétricas, é correto afirmar que

A.quando estão em movimento, geram campo magnético, porém não geram campo elétrico.
B.quando estão em repouso, geram campos elétrico e magnético.
C.quando estão em repouso, geram campo elétrico de natureza conservativa.
D.nos processos de eletrização, é possível haver transferência de prótons ou de elétrons de um corpo para outro.

Ver resposta e resolução da questão 5

Resposta: C

A alternativa A está incorreta porque o fenômeno de geração de campos magnéticos está intrinsecamente ligado ao movimento das cargas elétricas, e não apenas à sua presença estática.

Quanto à afirmação B, ela é falsa, uma vez que a ausência de movimento das cargas resulta exclusivamente na produção de um campo elétrico, sem a consequente criação de campos magnéticos.

A alternativa C apresenta a afirmação correta, pois fundamenta-se no princípio de que cargas elétricas em estado de repouso estabelecem ao seu redor um campo elétrico de caráter conservativo.

Por fim, a opção D é improcedente, visto que os mecanismos de eletrização envolvem o deslocamento de elétrons entre os corpos, sendo impossível a transferência de prótons nos processos físicos comuns de carga elétrica.

Questão 6

UEA 2023

Tokamak é um modelo de reator que vem sendo estudado nas últimas décadas para obtenção de energia a partir do hidrogênio. Para gerar uma descarga elétrica no interior desse reator, é necessário que um banco de capacitores descarregue, rapidamente, toda energia armazenada nos capacitores. Durante a carga, todos os capacitores são ligados em paralelo a uma fonte externa e, durante a descarga, os capacitores são ligados todos em série ao reator. Considere que o banco de capacitores de um Tokamak seja composto por 1000 capacitores de 300 mF cada. As capacitâncias equivalentes do banco de capacitores na carga e na descarga são, respectivamente,

Ver resposta e resolução da questão 6

Resposta: A

– Paralelo:

$C_{P} = 1.000 C = 1.000 \cdot 300 \times 10^{- 3}$
$C_{P} = 300 F$

– Série:

$C_{S} = \frac{C}{1.000} = \frac{300 \times 10^{- 3}}{1.000} = 300 \times 10^{- 6}$
$C_{S} = 300 μ F$

Questão 7

FATEC 2023

Para se aprofundar nos estudos, um estudante do curso de Análise e Desenvolvimento de Sistemas da FATEC resolve testar uma ferramenta de Inteligência Artificial (IA) interativa, pré-treinada e geradora de respostas. Ele pede à IA que elabore um exercício de Física que envolve sustentabilidade e entrega de comida.

A IA, então, retorna para o estudante um determinado enunciado cujas informações são apresentadas abaixo.

– Tempo médio percorrido para a entrega: t = 15 minutos = 900 segundos

– Velocidade escalar média da moto elétrica do entregador: v = 10 m/s

– Carga elétrica da bateria da moto: Q = 20 kWh

A IA, então, retorna para o estudante um determinado enunciado cujas informações são apresentadas abaixo.

– Tempo médio percorrido para a entrega: t = 15 minutos = 900 segundos

– Velocidade escalar média da moto elétrica do entregador: v = 10 m/s

– Carga elétrica da bateria da moto: Q = 20 kWh

Após receber o exercício, o estudante identifica um erro.

Analisando os dados, é correto afirmar que o erro identificado se refere

A.ao fato de que motos elétricas não usam baterias elétricas.
B.à unidade de medida da carga elétrica da bateria.
C.ao fato de que a velocidade de uma moto elétrica é medida em km/h.
D.à conversão da unidade de 15 minutos para 900 segundos.
E.ao fato de entregadores não usarem motos.

Ver resposta e resolução da questão 7

Resposta: B

A inconsistência apontada no enunciado reside na utilização inadequada da unidade de medida para a carga elétrica da bateria. No contexto da física, quando se busca expressar a carga elétrica, as unidades padrão e aceitas são o coulomb (C) ou o ampère-hora (Ah).

É importante notar que o valor apresentado originalmente, 20 kWh, refere-se na verdade a uma unidade de energia (quilowatt-hora), o que caracteriza o erro conceitual da inteligência artificial ao tentar descrever a carga elétrica. Para corrigir essa informação e manter a coerência com o que se pretende medir, deve-se utilizar ampère-hora ou converter para coulomb.

Considerando a relação de conversão em que 1 Ah equivale a 3.600 C, a descrição correta da carga elétrica da bateria da moto deveria ser Q = 20 Ah, o que corresponde a um total de 72.000 C.

Questão 8

EFOMM 2023

Um capacitor de placas paralelas de área A, separadas por uma distância d e com o espaço entre elas preenchido por ar, ao ser submetido a uma diferença de potencial V, suporta uma carga máxima Q. Se for depositado no interior do capacitor, sobre uma das placas, um material de constante dielétrica K, área A e espessura 0,5d, a nova carga máxima acumulada pelo capacitor será

Ver resposta e resolução da questão 8

Resposta: E

Carga elétrica no capacitor antes da introdução do dielétrico:

$Q = C V = \frac{ε_{0} A V}{d}$

Capacitância equivalente após a introdução do dielétrico (associação em série da capacitância com dielétrico com a capacitância preenchida com ar, cada uma com espessura 0,5d):

$C ‘ = \frac{C_{1} \cdot C_{2}}{C_{1} + C_{2}} = \frac{\frac{ε_{0} A}{0, 5 d} \cdot \frac{{Kε}_{0} A}{0, 5 d}}{\frac{ε_{0} A}{0, 5 d} + \frac{{Kε}_{0} A}{0, 5 d}} = \frac{ε_{0} A}{d} (\frac{2 K}{1 + K})$

Nova carga máxima acumulada pelo capacitor:

$Q ‘ = C ‘ V = \frac{ε_{0} A}{d} (\frac{2 K}{1 + K}) V$
$Q ‘ = (\frac{2 K}{1 + K}) Q$

Questão 9

Unichristus · Medicina 2022

Um estudante de eletrônica está em um laboratório de física executando um experimento com dois capacitores de capacitâncias C_A e C_B, sendo C_A = 2⋅C_B. Se o estudante associar, em paralelo, os dois capacitores citados, pode-se afirmar que a capacitância equivalente será

Ver resposta e resolução da questão 9

Resposta: B

Como os capacitores estão em paralelo, a capacitância equivalente será dada por:

$C_{e q} = C_{A} + C_{B}$

Questão 10

UFRR · PSS III 2022

Um capacitor de placas paralelas está submetido a uma diferença de potencial de 20V, sendo sua capacitância igual a 10mF, a distância e a área entre as placas são iguais a 2mm e 10cm² respectivamente. Qual a carga total no capacitor?

Ver resposta e resolução da questão 10

Resposta: D

Para compreender o comportamento de um capacitor em um sistema de placas paralelas, é fundamental analisar a natureza da distribuição de cargas elétricas em seus componentes. Embora o dispositivo armazene energia, as cargas que se acumulam nas superfícies das placas possuem módulos idênticos, porém com polaridades opostas. Em termos físicos, isso significa que uma placa apresenta um excesso de carga positiva enquanto a outra possui um excesso equivalente de carga negativa.

Ao calcularmos a carga total do sistema capacitor como um todo, devemos considerar o somatório algébrico dessas cargas. Como os valores são simétricos em magnitude mas contrários em sinal, a soma resultante entre as cargas das placas é nula. Portanto, o valor da carga total acumulada no dispositivo é zero.

Além disso, deve-se observar uma distinção conceitual importante quanto às unidades de medida aplicadas na eletrostática. A carga elétrica é mensurada em coulombs, ao passo que o farad e seus submúltiplos referem-se à capacidade de armazenamento (capacitância) e não à quantidade de carga propriamente dita. Assim, a análise física confirma que o resultado final para a carga total do capacitor é nulo.