Questão 93, caderno azul do ENEM 2020

Uma pessoa percebe que a bateria de seu veículo fica descarregada após cinco dias sem uso. No início
desse período, a bateria funcionava normalmente e estava com o total de sua carga nominal, de 60 Ah. Pensando
na possibilidade de haver uma corrente de fuga, que se estabelece mesmo com os dispositivos elétricos do
veículo desligados, ele associa um amperímetro digital ao circuito do veículo.

Qual dos esquemas indica a maneira com que o amperímetro deve ser ligado e a leitura por ele realizada?

Resolução Em Texto

📚 Matérias Necessárias para a Solução da Questão

Física (Eletrodinâmica: Corrente Elétrica, Circuitos, Capacidade de Carga)
Medidas Elétricas (Uso de Amperímetro)

🎯 Tema/Objetivo Geral

Calcular a corrente de fuga de uma bateria de veículo e identificar a forma correta de conectar um amperímetro para realizar essa medição.

📊 Nível da Questão

Médio.
Por quê? A questão exige dois conhecimentos distintos: o cálculo da corrente elétrica a partir da capacidade de carga e do tempo (um cálculo conceitual) e o conhecimento prático sobre como um amperímetro deve ser instalado em um circuito (em série). O erro em qualquer uma dessas partes leva à escolha de uma alternativa incorreta.

✅ Gabarito

Alternativa B.
Resumo: A corrente de fuga é calculada dividindo-se a carga total (60 Ah) pelo tempo total em horas (5 dias x 24 h/dia), resultando em 0,5 A. Para medir essa corrente, o amperímetro deve ser ligado em série com o circuito, interrompendo um dos cabos da bateria para que a corrente passe por dentro do medidor.

Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo

Transcrição Essencial 📌

“Qual dos esquemas indica a maneira com que o amperímetro deve ser ligado e a leitura por ele realizada?”

O que está sendo pedido?

A questão tem duas partes:

Calcular o valor da corrente de fuga que descarregou a bateria.
Identificar o esquema que mostra a ligação correta de um amperímetro para medir essa corrente.

Objetivo Cristalino 💎

Nosso objetivo é, primeiro, fazer um cálculo simples de corrente e, segundo, aplicar nosso conhecimento sobre como se usa um amperímetro para encontrar a única alternativa que acerta tanto no valor quanto na montagem do circuito.

🧠 Você lembra da diferença fundamental entre como se liga um amperímetro e um voltímetro? Um deles precisa “entrar no caminho” da corrente, enquanto o outro mede a “diferença de altura” entre dois pontos. Qual deles é o amperímetro?

Passo 2: Explicação de Conceitos e Conteúdo Necessários

Definição de Termos 🔖

Capacidade de Carga (Q): É a quantidade total de carga elétrica que uma bateria pode armazenar e fornecer. A unidade Ampère-hora (Ah) é uma unidade de carga. Ela nos diz que a bateria pode fornecer uma corrente de X ampères por Y horas, tal que X * Y seja igual à capacidade. No problema, Q = 60 Ah.
Corrente Elétrica (i): É o fluxo de carga elétrica por unidade de tempo. A fórmula que relaciona corrente, carga e tempo é:
i = Q / Δt
onde ‘i’ é a corrente em Ampères (A), ‘Q’ é a carga em Ampère-hora (Ah) e ‘Δt’ é o tempo em horas (h).
Amperímetro: É o instrumento de medida usado para medir a corrente elétrica. Para funcionar, ele precisa ser colocado no caminho da corrente, ou seja, ele deve ser ligado em série com o componente ou circuito que se quer medir. Isso significa que é necessário “abrir” o circuito para inserir o amperímetro.
Ligação em Série vs. Ligação em Paralelo:
- Série: Os componentes são ligados um após o outro, formando um único caminho para a corrente. (É como se usa o amperímetro).
- Paralelo: Os componentes são ligados em ramificações diferentes do circuito. A corrente se divide entre eles. (É como se usa o voltímetro, que mede a tensão entre dois pontos).

Passo 3: Tradução e Interpretação do Problema

Contextualização Simplificada

O problema é o seguinte: a bateria do carro, que tem uma “reserva” de 60 Ah, está morrendo sozinha em 5 dias. Isso é como ter uma caixa d’água de 60 litros que esvazia em 5 dias por causa de um vazamento. Primeiro, precisamos descobrir qual é a “vazão” desse vazamento, ou seja, qual a corrente de fuga. Depois, precisamos descobrir como instalar o “medidor de vazão” (o amperímetro) da forma correta para confirmar o valor que calculamos.

Estratégia Geral

Vamos dividir o problema em duas etapas claras:

Cálculo da Corrente: Usar a fórmula i = Q / Δt para encontrar o valor da corrente de fuga.
Análise da Ligação: Inspecionar os cinco esquemas e eliminar aqueles que mostram uma ligação incorreta do amperímetro. Depois, entre os que sobraram, escolher aquele que mostra o valor correto da corrente.

Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio

Passo a Passo Detalhado

Etapa 1: Cálculo da Corrente de Fuga (i)

Identificar os dados:
- Carga total da bateria (Q) = 60 Ah
- Tempo para descarregar (Δt) = 5 dias
Converter o tempo para horas: A unidade da carga é Ampère-hora, então o tempo deve estar em horas.
- Δt = 5 dias × 24 horas/dia = 120 h
Aplicar a fórmula:
- i = Q / Δti = 60 Ah / 120 hi = 0,5 A

Etapa 2: Análise da Ligação do Amperímetro

Regra de Ouro: O amperímetro deve ser ligado em série. Isso significa que ele deve ser colocado no meio do fio que conecta a bateria ao circuito do veículo, forçando a corrente a passar por dentro dele.
Análise dos Esquemas:
- Esquema A: O amperímetro está ligado em paralelo com a bateria (seus terminais estão conectados diretamente aos terminais da bateria). Isso é incorreto e perigoso, pois criaria um curto-circuito na bateria através do amperímetro (que tem resistência interna muito baixa).
- Esquema B: O circuito foi aberto (o cabo que saía de um dos polos da bateria foi desconectado) e o amperímetro foi inserido nesse caminho. A corrente agora sai da bateria, passa pelo amperímetro e depois vai para o circuito do veículo. Esta é a ligação em série correta.
- Esquema C: O amperímetro está ligado em paralelo com a bateria. Incorreto.
- Esquema D: A ligação está em série, o que é correto.
- Esquema E: O amperímetro está ligado em paralelo com o circuito do veículo. Incorreto.
Combinação dos Resultados:
- O valor calculado da corrente é 0,5 A.As ligações em série corretas são as dos esquemas B e D.O esquema B mostra a leitura de 0,5 A.O esquema D mostra a leitura de 12 A.

A Armadilha Comum 🚨

A principal armadilha é a confusão entre ligação em série e em paralelo. Muitos alunos podem esquecer a regra e achar que a ligação em paralelo (A e C) está correta. Outra armadilha é errar no cálculo, seja por não converter os dias em horas, seja por dividir o tempo pela carga, e acabar encontrando um valor diferente de 0,5 A.

Fechamento e Expectativa

A análise completa nos leva a procurar o esquema que mostra um amperímetro medindo 0,5 A e ligado em série com o circuito.

Passo 5: Análise das Alternativas

🔴 A) Leitura de 0,5 A (correta), mas a ligação está em paralelo (incorreta).
🟢 B) Leitura de 0,5 A (correta) e a ligação está em série (correta).
🔴 C) Ligação em paralelo (incorreta) e leitura de 2,5 A (incorreta).
🔴 D) Ligação em série (correta), mas a leitura é de 12 A (incorreta).
🔴 E) Ligação em paralelo (incorreta) e leitura de 12 A (incorreta).

Passo 6: Conclusão e Justificativa Final

Resumo do Raciocínio 📝

O problema exigia duas etapas. Primeiro, o cálculo da corrente de fuga, que é a carga total da bateria (60 Ah) dividida pelo tempo total de descarga em horas (5 dias x 24h = 120h), resultando em 0,5 A. Segundo, a identificação da forma correta de se medir corrente, que exige a ligação do amperímetro em série com o circuito. O esquema B é o único que satisfaz ambas as condições: mostra a ligação em série e a leitura correta de 0,5 A.

Gabarito Reafirmado 🏅

A alternativa correta é a B.

Resumo Final para Revisão 🔍

Lembre-se sempre: Amperímetro se liga em Série (para a corrente passar “por dentro” dele). Voltímetro se liga em Paralelo (para medir a diferença de potencial “entre” dois pontos). E a fórmula da corrente é i = Q / Δt (vazão = volume / tempo).