Questão 131 do ENEM 2024 comentada
Como analisar a associação de LEDs e resistores para obter a corrente máxima de funcionamento em um circuito.
O LED é um dispositivo eletrônico que conduz corrente elétrica em um único sentido, sendo caracterizado por uma tensão e uma corrente máxima de funcionamento, I_(máx). Um LED acende apenas se a corrente que o percorre está no sentido permitido e se a diferença de potencial à qual está submetido é igual ou superior à sua tensão de funcionamento. A figura ilustra o símbolo do LED usado na representação de circuitos.
Um estudante de física analisa as propriedades do LED em um circuito simples de corrente contínua. Ele dispõe dos seguintes materiais: uma bateria ideal de 4,5 V; dois LEDs de tensão 3,0 V e I_(máx) = 1,0 mA cada; e dois resistores de 1,5 kΩ cada.
O circuito que o estudante pode montar, para que ambos os LEDs fiquem acesos e cada um seja percorrido por I_(máx), é
- A
- B
- C
- D
- E
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O que a questão cobra
A questão exige aplicar a lei de Ohm e reconhecer o sentido permitido da corrente em um LED. Também é preciso avaliar como os componentes estão associados no circuito.
Resolução
Para cada LED, a bateria fornece 4,5 V. Como o LED precisa de 3,0 V, o resistor em série deve receber os 1,5 V restantes. A corrente desejada em cada ramo é 1,0 mA.
ambos os LEDs fiquem acesos e cada um seja percorrido por I_máx
A resistência necessária em cada ramo é:
R = 1,5 V ÷ 0,001 A = 1 500 Ω = 1,5 kΩ
Na alternativa B, cada LED tem um resistor próprio, e os dois ramos estão ligados em paralelo à bateria. Assim, cada ramo recebe 4,5 V, e o resistor limita a corrente do seu LED a 1,0 mA. A figura do LED indica o sentido permitido da corrente; em B, a corrente vai do polo positivo para o negativo através de cada LED. Portanto, os dois LEDs acendem e cada um funciona com a corrente máxima indicada.
As outras associações não atendem a todas as condições: há LEDs invertidos, resistores compartilhados ou LEDs em série, o que altera a corrente ou exige uma tensão maior que a disponível.
Alternativa por alternativa
- A
Um resistor compartilhado teria de conduzir 2,0 mA, pois alimenta os dois LEDs. Para uma queda de 1,5 V, seria necessário um resistor de 750 Ω, não o de 1,5 kΩ disponível.
- B
Correta. Cada LED está no sentido permitido e tem seu próprio resistor de 1,5 kΩ. A queda de 1,5 V no resistor, com corrente de 1,0 mA, completa os 4,5 V da bateria.
- C
Os LEDs estão invertidos em relação ao sentido permitido da corrente. Assim, não acendem como exigido.
- D
Os dois LEDs estão em série e exigem juntos 6,0 V, mas a bateria fornece apenas 4,5 V.
- E
Os LEDs estão invertidos, então a corrente não percorre cada um no sentido permitido. Além disso, eles compartilham um único resistor.
Para lembrarUse R = V/I para calcular o resistor em série e verifique se a corrente atravessa o LED no sentido permitido.
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