FUVEST 2021
Em uma luminária de mesa, há duas lâmpadas que podem ser acesas individualmente ou ambas ao mesmo tempo, com cada uma funcionando sob a tensão nominal determinada pelo fabricante, de modo que a intensidade luminosa de cada lâmpada seja sempre a mesma.
Entre os circuitos apresentados, indique aquele que corresponde a um arranjo que permite o funcionamento conforme essa descrição.
Note e adote:
Suponha que as lâmpadas funcionem de maneira ôhmica, ou seja, da mesma forma que um resistor.
Circuito (1)
Circuito (2)
Circuito (3)
Circuito (4)
Circuito (5)
Resolução
Análise da Questão:
A questão descreve uma luminária com duas lâmpadas que precisam satisfazer duas condições principais:
- Podem ser acesas individualmente ou ambas ao mesmo tempo (controle independente).
- Cada lâmpada, quando acesa, deve operar sob sua tensão nominal, garantindo intensidade luminosa constante (tensão constante).
A condição de tensão nominal constante para cada lâmpada, independentemente de a outra estar acesa ou não, implica que cada lâmpada deve ser conectada em paralelo com a fonte de tensão (bateria). A conexão em série dividiria a tensão da fonte entre as lâmpadas, alterando a tensão sobre elas (e, consequentemente, o brilho) dependendo se uma ou duas estão acesas.
A condição de controle independente significa que deve haver um meio (interruptor/chave) de ligar ou desligar cada lâmpada sem afetar o estado da outra.
Análise dos Circuitos:
- Circuito (1): As lâmpadas estão em paralelo com a fonte, o que garante a tensão nominal. No entanto, há apenas uma chave que controla ambas as lâmpadas simultaneamente. Não é possível acender apenas uma delas. Não atende ao requisito de controle independente.
- Circuito (2): As lâmpadas estão em paralelo com a fonte. Cada lâmpada possui uma chave em série no seu próprio ramo. Fechar a chave 1 acende a lâmpada 1 com tensão nominal. Fechar a chave 2 acende a lâmpada 2 com tensão nominal. Fechar ambas as chaves acende ambas as lâmpadas, cada uma com tensão nominal. Atende a todos os requisitos.
- Circuito (3): As lâmpadas estão inicialmente em série se ambas as chaves estiverem abertas. A tensão se dividiria entre elas (V/2 para lâmpadas idênticas), não sendo a nominal. As chaves permitem 'bypassar' (desviar a corrente) de cada lâmpada. Se a chave 1 fecha, a lâmpada 1 é bypassada e a lâmpada 2 recebe a tensão nominal V. Se a chave 2 fecha, a lâmpada 2 é bypassada e a lâmpada 1 recebe a tensão nominal V. Se ambas as chaves fecham, ocorre um curto-circuito na fonte. Não atende aos requisitos (tensão não constante no caso série, risco de curto-circuito).
- Circuito (4): As lâmpadas estão em série com a fonte e duas chaves também em série. Ambas as chaves precisam estar fechadas para qualquer lâmpada acender. Quando acendem, estão em série, e a tensão se divide (V/2 para lâmpadas idênticas). Não é possível acender apenas uma lâmpada. Não atende a nenhum dos requisitos.
- Circuito (5): Analisando as conexões: Se a chave superior fecha (inferior aberta), a corrente passa pela lâmpada superior, que recebe a tensão nominal V. Se a chave inferior fecha (superior aberta), a corrente passa pela lâmpada inferior, que recebe a tensão nominal V. Se ambas as chaves fecham, a corrente se divide, passando por ambas as lâmpadas, que ficam conectadas em paralelo com a fonte, cada uma recebendo a tensão nominal V. Este circuito também atende a todos os requisitos.
Conclusão:
Tanto o Circuito (2) quanto o Circuito (5) permitem o funcionamento descrito (controle independente e tensão nominal constante). No entanto, o Circuito (2) representa a configuração paralela padrão com interruptores individuais de forma mais direta e convencional. Em questões de múltipla escolha com diagramas, frequentemente a representação mais clara e padronizada é a considerada correta, especialmente se apenas uma opção for aceita. O circuito (2) é a representação canônica de duas cargas em paralelo com controle independente.
Portanto, o circuito que corresponde ao arranjo descrito de forma mais adequada e padrão é o Circuito (2).
Dicas
Erros Comuns
Revisão de Conceitos Essenciais:
- Circuito Elétrico: Um caminho fechado por onde a corrente elétrica pode fluir. Inclui uma fonte de tensão (bateria), condutores (fios) e componentes (lâmpadas, resistores, chaves).
- Tensão Elétrica (V): Diferença de potencial entre dois pontos, que impulsiona a corrente. Medida em Volts (V). A fonte fornece a tensão total do circuito.
- Corrente Elétrica (I): Fluxo ordenado de cargas elétricas. Medida em Amperes (A).
- Resistência Elétrica (R): Oposição à passagem de corrente elétrica. Medida em Ohms (Ω). Lâmpadas incandescentes comportam-se como resistores (suposição ôhmica dada na questão).
- Lei de Ohm: Relaciona tensão, corrente e resistência (V = R * I).
- Potência Elétrica (P): Energia dissipada por unidade de tempo. Para um resistor (lâmpada), \( P = V \cdot I = R \cdot I^2 = V^2 / R \). A intensidade luminosa (brilho) de uma lâmpada depende da potência dissipada por ela. Para brilho constante, a potência deve ser constante. Como a resistência R da lâmpada é fixa, a tensão V sobre ela deve ser constante e igual à nominal.
- Circuito em Série: Componentes ligados um após o outro, formando um único caminho para a corrente. A corrente é a mesma em todos os componentes. A tensão total da fonte se divide entre os componentes.
- Circuito em Paralelo: Componentes ligados em ramos diferentes, conectados aos mesmos dois pontos do circuito. A tensão é a mesma em todos os componentes conectados em paralelo (igual à tensão entre os pontos de conexão). A corrente total da fonte se divide entre os ramos.
- Interruptor (Chave): Dispositivo que abre ou fecha um circuito, interrompendo ou permitindo a passagem de corrente.
