Eletrônica do cotidiano: diodos, LEDs e sensores

Física, 3ª série: Eletrônica do cotidiano: diodos, LEDs e sensores

1. Um diodo semicondutor conduz corrente com facilidade em um único sentido, indicado pela seta do seu símbolo, e praticamente a bloqueia no sentido oposto. No circuito da figura, as lâmpadas são idênticas.

   

   Ao fechar o circuito,

   1. aas duas acendem, mas L₂ brilha mais, pois seu diodo está invertido.
   2. bnenhuma lâmpada acende, pois os diodos bloqueiam qualquer corrente contínua.
   3. capenas L₁ acende, pois só o seu diodo está polarizado no sentido de condução.
   4. dapenas L₂ acende, pois a corrente sai do polo positivo e sobe pelo diodo de L₂.
   5. eas duas lâmpadas acendem com o mesmo brilho, pois estão em paralelo com a bateria.

2. Em um LED, cada elétron que atravessa a junção pode emitir um fóton com energia aproximadamente igual à energia característica do material. Use a relação λ (em nm) ≈ 1 240/E (em eV). Um LED cujo material libera 2,0 eV por fóton emite luz de comprimento de onda de cerca de

   1. a310 nm, na faixa do ultravioleta
   2. b2 480 nm, na faixa do infravermelho
   3. c1 240 nm, na faixa do infravermelho próximo
   4. d450 nm, na faixa do azul
   5. e620 nm, na faixa do vermelho-alaranjado

3. Um LED vermelho deve ser ligado a uma fonte de 5,0 V, como a de uma placa de prototipagem. Com ele aceso, a tensão no LED é de 2,0 V, e a corrente recomendada é de 20 mA. Para não queimar o LED, usa-se um resistor em série. A resistência desse resistor deve ser de

   1. a0,15 Ω
   2. b60 Ω
   3. c100 Ω
   4. d150 Ω
   5. e250 Ω

4. Os postes de iluminação pública acendem sozinhos ao anoitecer graças a um fotossensor, como o LDR (resistor dependente de luz), cuja resistência diminui muito quando ele é iluminado. Nesse sistema automatizado,

   1. adurante o dia, a resistência do LDR é alta; ao escurecer, ela diminui bastante e deixa passar a corrente que acende a lâmpada.
   2. bo LDR mede a temperatura do ar, e a lâmpada acende sempre que a noite fica mais fria.
   3. ca lâmpada fica acesa o tempo todo, e o LDR apenas controla o brilho de acordo com a umidade do ar.
   4. do LDR gera a energia elétrica que acende a lâmpada, convertendo diretamente a luz do dia em eletricidade.
   5. ede dia, a resistência do LDR é baixa; ao escurecer, ela aumenta, e o circuito de controle percebe isso e liga a lâmpada.

5. Os semicondutores usados em diodos, LEDs e transistores, como o silício, têm suas propriedades ajustadas pela dopagem, isto é, pela adição controlada de pequenas quantidades de outros elementos. Sobre os materiais dopados, é correto afirmar que

   1. ano tipo n há elétrons livres em excesso, e no tipo p há lacunas, que se comportam como cargas positivas.
   2. ba dopagem elimina todos os elétrons livres do silício, e o material passa a ser um isolante perfeito.
   3. cos semicondutores dopados ficam eletrizados: o tipo n tem carga total negativa e o tipo p, positiva.
   4. dno semicondutor do tipo n há falta de elétrons, e no do tipo p há excesso deles; por isso o tipo p conduz melhor.
   5. ea dopagem transforma o silício em metal, e por isso ele passa a conduzir corrente nos dois sentidos.

6. Em uma célula fotovoltaica de silício, um fóton só consegue liberar um elétron para formar corrente se tiver energia de pelo menos 1,1 eV (energia de banda proibida do silício). Usando λ (em nm) ≈ 1 240/E (em eV), conclui-se que a célula não aproveita radiação com comprimento de onda

   1. amaior que cerca de 1 100 nm, isto é, no infravermelho.
   2. bmenor que cerca de 110 nm, apenas no ultravioleta extremo.
   3. cmaior que cerca de 400 nm, que inclui quase toda a luz visível.
   4. dmaior que cerca de 1 400 nm, apenas nas micro-ondas.
   5. emenor que cerca de 1 100 nm, que inclui toda a luz visível.

7. O oxímetro de pulso, colocado no dedo, estima a saturação de oxigênio do sangue pela absorção de luz vermelha e infravermelha. Estudos publicados a partir de 2020 mostraram que muitos desses aparelhos superestimam a saturação em pessoas de pele mais escura, o que pode esconder quadros de falta de oxigênio. Diante disso, a atitude mais adequada do ponto de vista científico e ético é

   1. amanter os aparelhos como estão, pois um erro que atinge apenas parte da população é aceitável.
   2. busar o oxímetro apenas em pessoas de pele clara e negar o exame às demais, para evitar erros.
   3. cconcluir que pessoas de pele escura têm, de fato, mais oxigênio no sangue, já que é isso que o aparelho mede.
   4. dexigir testes e calibração dos aparelhos com pessoas de vários tons de pele e alertar os profissionais.
   5. eabandonar a física da absorção de luz na medicina, pois ela é incapaz de funcionar em qualquer pessoa.

8. Em um projeto de automação, uma placa microcontrolada precisa ligar um pequeno motor que consome 500 mA, mas o pino de saída da placa fornece, no máximo, cerca de 20 mA. A solução usual é usar um transistor entre a placa e o motor, porque o transistor

   1. afunciona como uma chave elétrica: uma pequena corrente na base controla a corrente maior do motor.
   2. bgera a energia extra de que o motor precisa, multiplicando a potência fornecida pela placa sem precisar de outra fonte.
   3. carmazena carga como um capacitor e a libera de uma vez, dando a partida no motor.
   4. ddiminui a corrente consumida pelo motor para 20 mA, sem alterar a potência mecânica que ele fornece.
   5. etransforma a corrente contínua da placa em corrente alternada, a única que movimenta motores.

9. Um sensor de temperatura fornece uma tensão entre 0 e 5,0 V, que é convertida em número por um conversor analógico-digital de 10 bits. Esse conversor representa a faixa de 0 a 5,0 V com 2¹⁰ níveis. A menor variação de tensão que ele consegue distinguir é de aproximadamente

   1. a0,49 mV
   2. b4,9 mV
   3. c2,0 mV
   4. d50 mV
   5. e0,50 V

10. Os LEDs emitem luz principalmente porque seu filamento é aquecido pela corrente até ficar incandescente, como nas lâmpadas antigas.

    (   ) Verdadeiro   (   ) Falso

11. Um grupo de estudantes quer automatizar a irrigação da horta da escola. Eles dispõem de um sensor de umidade do solo (cuja resistência elétrica diminui quando o solo está úmido), uma placa microcontrolada, um transistor e uma pequena bomba d'água de 5,0 W.

    a) Descreva, em etapas, como o sistema deve funcionar para ligar a bomba só quando o solo estiver seco. Indique qual grandeza o sensor permite medir e qual é a função do transistor.

    b) Se a bomba funcionar, em média, 2 minutos por dia, qual será o consumo de energia em 30 dias, em watts-hora?

    c) Cite uma tarefa da manutenção da horta que esse sistema não consegue fazer e explique por quê.

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