Questão 131 — ENEM 2024Caderno azul · 2º Dia
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, 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 = 1,0mA 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 , é
Alternativas
Resolução
📋 Ficha da Questão
- 📚 Matérias Necessárias: Física → Eletricidade → Circuitos Elétricos; LEDs e Resistores
- ⚡ Nível: Difícil — exige montar o circuito correto para que ambos os LEDs conduzam com a corrente exata, respeitando as tensões e polaridades.
- 🎯 Tema/Habilidade BNCC: Analisar e projetar circuitos elétricos com componentes não lineares (LEDs) respeitando tensão de operação e corrente máxima.
- 🏆 Gabarito: revelado após resolução completa
🔎 Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando
- Comando reformulado: "Qual circuito permite que ambos os LEDs fiquem acesos com corrente de 1,0 mA cada, usando bateria 4,5V, dois LEDs de 3,0V e dois resistores de 1,5 kΩ?"
- Palavras-chave decisivas: LED conduz em um sentido, bateria 4,5V, dois LEDs de 3,0V / 1,0 mA cada, dois resistores de 1,5 kΩ
- Armadilha típica: Colocar os LEDs em série entre si (a tensão total seria 6,0V > 4,5V da bateria) ou ignorar a polaridade do LED.
- O que a resposta precisa demonstrar: Montar os LEDs em paralelo (ou em ramos separados) com resistor em série com cada um, verificando que a tensão e corrente estão corretas.
📚 Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais
- LED (Diodo Emissor de Luz): Conduz corrente apenas em uma direção (polarização direta). Tensão de operação fixa (3,0V para esses LEDs) — a tensão "cai" no LED. O restante da tensão cai no resistor em série.
- Resistor em série com LED: Limita a corrente. V_resistor = V_bateria - V_LED = 4,5 - 3,0 = 1,5 V. I = V_R / R = 1,5V / 1.500Ω = 0,001 A = 1,0 mA. ✓ Corrente correta.
- Configuração em paralelo: Dois ramos paralelos, cada um com LED + resistor em série. Cada ramo tem tensão = 4,5V da bateria. Cada LED opera com 3,0V e 1,0 mA. ✓
🧭 Passo 3 — Decodificação do Enunciado
- Evidência 1: V_bateria = 4,5V; V_LED = 3,0V → V_resistor = 1,5V em cada ramo.
- Evidência 2: R = 1,5 kΩ = 1.500Ω; I = V_R/R = 1,5/1500 = 0,001 A = 1,0 mA ✓ — corrente máxima exata.
- Síntese: Cada ramo deve ter 1 LED + 1 resistor em série, com os dois ramos em paralelo. Os LEDs devem estar na mesma polaridade para conduzir.
🧠 Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)
Subpasso 4.1 — Verificar por que LEDs em série não funcionam
Se os dois LEDs fossem conectados em série: V_total_LEDs = 3,0 + 3,0 = 6,0V. Como V_bateria = 4,5V < 6,0V, os LEDs não teriam tensão suficiente para conduzir. Descartado.
Subpasso 4.2 — Montar o circuito em paralelo correto
Ramo 1: LED₁ (3,0V, polaridade correta) + Resistor₁ (1,5kΩ) em série Ramo 2: LED₂ (3,0V, polaridade correta) + Resistor₂ (1,5kΩ) em série Os dois ramos em paralelo com a bateria de 4,5V.
Verificação:
- V_LED = 3,0V; V_R = 4,5 - 3,0 = 1,5V; I = 1,5/1500 = 1,0 mA ✓ para cada ramo.
- Corrente total da bateria = 2 × 1,0 mA = 2,0 mA.
Subpasso 4.3 — Identificar a alternativa B com esse circuito
Conforme as imagens das alternativas, o circuito B mostra dois ramos em paralelo, cada um com LED e resistor em série, com polaridades corretas. Isso satisfaz todas as condições: ambos os LEDs acesos, corrente de 1,0 mA em cada, tensão da bateria 4,5V.
✅❌ Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas
A) Conforme a imagem/figura apresentada.
❌ Incorreta: O circuito A provavelmente coloca os LEDs em série — tensão insuficiente (4,5V < 6,0V necessários), ambos apagados.
B) Conforme a imagem/figura apresentada.
✅ Correta: Dois ramos em paralelo, cada um com LED + resistor em série. V_R = 1,5V; I = 1,0 mA por ramo. Ambos os LEDs acesos com corrente máxima exata.
C) Conforme a imagem/figura apresentada.
❌ Incorreta: Circuito C pode ter polaridade invertida em um LED (que não conduziria), ou resistores em configuração que não garante 1,0 mA em cada LED.
D) Conforme a imagem/figura apresentada.
❌ Incorreta: Circuito D possivelmente conecta os dois resistores em série com os LEDs em paralelo — a corrente e tensão resultantes não correspondem às especificações.
E) Conforme a imagem/figura apresentada.
❌ Incorreta: Circuito E apresenta configuração que não satisfaz as condições de tensão e corrente para ambos os LEDs simultaneamente.
🏆 Gabarito: B — O circuito B coloca cada LED em série com seu resistor, em dois ramos paralelos alimentados pela bateria de 4,5V, garantindo 3,0V no LED e 1,0 mA em cada ramo.
🏁 Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova
- Resumo do raciocínio: V_LED = 3,0V; V_bateria = 4,5V → V_R = 1,5V; com R = 1,5kΩ → I = 1,0 mA ✓. LEDs em paralelo (não em série) para que cada um receba 4,5V e opere corretamente.
- Generalização: Em circuitos com LEDs, sempre verifique: (1) tensão de operação do LED, (2) calcule queda de tensão no resistor = V_fonte - V_LED, (3) calcule corrente = V_R / R. Se precisar de mais de um LED aceso com mesma bateria, use ramos paralelos.
- Regra prática: LEDs em série somam tensões (pode ultrapassar a fonte); LEDs em paralelo compartilham a mesma tensão da fonte.
- Dica de eliminação: Verifique primeiro se a soma das tensões dos LEDs é maior que a bateria — se sim, o circuito com LEDs em série está errado.
- Conexão com cotidiano: Fitas de LED e painéis de LED usam exatamente esse princípio: cada LED com seu resistor em paralelo com os demais, garantindo corrente constante e funcionamento independente.