O que é um LED e qual sua principal característica elétrica?

Um LED é um diodo emissor de luz que conduz corrente em um único sentido e só acende acima de uma tensão mínima.

Por que é necessário limitar a corrente em um LED?

Porque correntes acima do valor máximo especificado podem danificar permanentemente o LED.

Como se calcula o valor do resistor para limitar a corrente em um LED?

Usa-se a Lei de Ohm: R = \frac{V_{\text{bateria}} - V_{\text{LED}}}{I_{\text{LED}}}.

O que acontece se dois LEDs de 3,0 V forem ligados em série a uma bateria de 4,5 V?

A tensão total (6,0 V) excede a fornecida pela bateria, então nenhum LED acende.

Qual a vantagem de ligar LEDs em paralelo, cada um com seu resistor?

Garante que cada LED receba a tensão adequada e a corrente seja limitada individualmente.

O que significa uma bateria ser ideal em um circuito?

Significa que ela não apresenta resistência interna e mantém tensão constante independentemente da corrente.

Como a Lei de Ohm se aplica ao cálculo de resistores para LEDs?

Permite determinar o valor do resistor necessário para que a corrente no LED não ultrapasse o limite seguro.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

O circuito que o estudante pode montar, para que ambos os LEDs fiquem acesos e cada um seja percorrido por $I_{\text{máx}}$, é

ENEM 2024 Questão 131

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, $I_{\text{máx}}$. 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.

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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 $4,5\text{ V}$; dois LEDs de tensão $3,0\text{ V}$ e $I_{\text{máx}} = 1,0\text{ mA}$ cada; e dois resistores de $1,5\text{ k}\Omega$ cada.

O circuito que o estudante pode montar, para que ambos os LEDs fiquem acesos e cada um seja percorrido por $I_{\text{máx}}$, é

Resolução

A questão aborda o funcionamento de LEDs em circuitos elétricos, exigindo do estudante o entendimento de conceitos como diferença de potencial, corrente máxima, associação de resistores e LEDs, e aplicação da Lei de Ohm. O objetivo é montar um circuito onde ambos os LEDs (cada um de 3,0 V e I_{\text{máx}} = 1,0\ \text{mA}) fiquem acesos, cada um percorrido por sua corrente máxima, usando uma bateria de 4,5 V e dois resistores de 1,5 k\Omega. O raciocínio envolve perceber que, para cada LED acender corretamente, ele deve receber pelo menos 3,0 V e a corrente não pode ultrapassar 1,0 mA. Se os LEDs forem ligados em paralelo, cada um terá 3,0 V, mas é necessário limitar a corrente de cada ramo usando um resistor em série com cada LED. Calculando pela Lei de Ohm: a queda de tensão no resistor será 4,5 V - 3,0 V = 1,5 V. Assim, o resistor deve ter valor R = \frac{1,5}{0,001} = 1,5\ \text{k}\Omega, exatamente o valor disponível. Portanto, o circuito correto é o que liga cada LED em série com um resistor, e ambos os conjuntos em paralelo com a bateria.

Comentários por alternativa

A $[img:https://zospydaosoqbdpxgpnni.supabase.co/storage/v1/object/public/images/enem/2024/131_a.png]$

A alternativa A está errada porque provavelmente associa os LEDs em série, o que exigiria uma tensão total de 6,0 V para acender ambos, mas a bateria só fornece 4,5 V.
B $[img:https://zospydaosoqbdpxgpnni.supabase.co/storage/v1/object/public/images/enem/2024/131_b.png]$

A alternativa B está incorreta pois, ao colocar os dois LEDs em paralelo sem resistores individuais, a corrente pode exceder o valor máximo permitido para cada LED, podendo queimá-los.
C $[img:https://zospydaosoqbdpxgpnni.supabase.co/storage/v1/object/public/images/enem/2024/131_c.png]$

A alternativa C está errada porque pode colocar ambos os resistores em série com os LEDs em paralelo, o que não garante que cada LED receba exatamente 1,0 mA, pois a divisão de corrente não será adequada.
D $[img:https://zospydaosoqbdpxgpnni.supabase.co/storage/v1/object/public/images/enem/2024/131_d.png]$

A alternativa D está correta porque cada LED está em série com um resistor de 1,5 k\Omega, e ambos os conjuntos estão em paralelo com a bateria. Assim, cada LED recebe 3,0 V e a corrente em cada ramo é limitada a 1,0 mA, conforme especificado.
E $[img:https://zospydaosoqbdpxgpnni.supabase.co/storage/v1/object/public/images/enem/2024/131_e.png]$

A alternativa E está errada pois pode associar os dois resistores em paralelo ou de outra forma inadequada, não garantindo a limitação correta da corrente em cada LED.

Flashcards

Perguntas pontuais sobre o tema desta questão. Toque no card para virar e use as setas para navegar.

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1. O que é um LED e qual sua principal característica elétrica?: Um LED é um diodo emissor de luz que conduz corrente em um único sentido e só acende acima de uma tensão mínima.
2. Por que é necessário limitar a corrente em um LED?: Porque correntes acima do valor máximo especificado podem danificar permanentemente o LED.
3. Como se calcula o valor do resistor para limitar a corrente em um LED?: Usa-se a Lei de Ohm: R = \frac{V_{\text{bateria}} - V_{\text{LED}}}{I_{\text{LED}}}.
4. O que acontece se dois LEDs de 3,0 V forem ligados em série a uma bateria de 4,5 V?: A tensão total (6,0 V) excede a fornecida pela bateria, então nenhum LED acende.
5. Qual a vantagem de ligar LEDs em paralelo, cada um com seu resistor?: Garante que cada LED receba a tensão adequada e a corrente seja limitada individualmente.
6. O que significa uma bateria ser ideal em um circuito?: Significa que ela não apresenta resistência interna e mantém tensão constante independentemente da corrente.
7. Como a Lei de Ohm se aplica ao cálculo de resistores para LEDs?: Permite determinar o valor do resistor necessário para que a corrente no LED não ultrapasse o limite seguro.