1. Ciências da Natureza e suas
Tecnologias - Física
Ensino Médio, 3º Ano
Potência elétrica
2. FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio
Potência Elétrica
INTRODUÇÃO
No nosso cotidiano são várias as situações onde o conhecimento de Física pode nos ajudar
a tomar decisões.
Numa situação simples, como escolher entre uma
lâmpada fluorescente e outra incandescente, ou entre
duas incandescentes/fluorescentes, necessitamos de
conhecimentos de física para compreendermos o seu
comportamento elétrico.
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Lâmpada
incandescente
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Ming888
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3. FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio
Potência Elétrica
Nos aparelhos elétricos a corrente elétrica transforma a energia potencial elétrica em outras
formas de energia, principalmente a térmica e a mecânica. É a quantidade de energia
transformada que pagamos às concessionárias de energia elétrica dos nossos estados.
Dessa forma, conhecermos as características da corrente elétrica que circula
em cada aparelho elétrico pode nos ajudar a escolher aquele que melhor se
adequa às nossas necessidades, principalmente a financeira.
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Ferro
Elétrico
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Barrios
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Domínio
Público.
4. A cena da fotografia mostra pessoas numa seção de aparelhos elétricos de uma loja. No primeiro
plano uma mulher levando uma televisão. Provavelmente existem outras marcas que possuem as
mesmas funções da marca que ela escolheu. Qual terá sido o fator determinante para a compra
dessa marca de televisão? E no seu caso, que fator você levaria em consideração?
Preço?
Marca?
Condições de pagamento?
Design?
Potência elétrica?
FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio
Potência Elétrica
http://exame.abril.com.br/marketing/noticias/varejo-
corta-precos-de-eletronicos-em-ate-80-hoje
5. FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio
Potência Elétrica
POTÊNCIA DA CORRENTE ELÉTRICA
Você já esteve em contato com conceito de POTÊNCIA quando estudou o conceito de
ENERGIA na MECÂNICA. Em eletricidade, a potência da corrente elétrica tem o mesmo
significado. Observe a animação.
A carga elétrica recebe uma certa
quantidade de energia potencial
elétrica “armazenada” no campo
elétrico estabelecido no interior
do condutor. Quando a carga
elétrica começa a circular pelo
condutor (corrente elétrica) ao
passar na lâmpada, devido ao
efeito Joule, a energia potencial
elétrica é transformada em Calor
num determinado intervalo de
tempo.
http://www.portalsaofrancisco.com.br/alf
a/isolantes-eletricos/imagens/corrente-
eletrica-3.gif
7. EXEMPLOS
1. Qual a potência necessária para fazer girar um motor elétrico, cuja tensão é de 220 volts e a corrente
necessária é de 20 ampères?
2. Entre as inúmeras recomendações dadas para a economia de energia elétrica em uma residência,
destacamos as seguintes:
Substitua lâmpadas incandescentes por fluorescentes compactas.
Evite usar o chuveiro elétrico com a chave na posição "inverno" ou "quente".
Acumule uma quantidade de roupa para ser passada a ferro elétrico de uma só vez.
Evite o uso de tomadas múltiplas para ligar vários aparelhos simultaneamente. Utilize, na instalação elétrica,
fios de diâmetros recomendados às suas finalidades.
A característica comum a todas essas recomendações é a proposta de economizar energia através
da tentativa de, no dia a dia, reduzir:
a) a potência dos aparelhos e dispositivos elétricos;
b) o tempo de utilização dos aparelhos e dispositivos;
c) o consumo de energia elétrica convertida em energia térmica;
d) o consumo de energia térmica convertida em energia elétrica;
e) o consumo de energia elétrica através de correntes de fuga.
FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio
Potência Elétrica
8. VALORES NOMINAIS
Em eletricidade a potência elétrica passou a ser uma grandeza muito útil porque
permite medir o consumo de energia potencial elétrica de qualquer aparelho
elétrico. Assim os fabricantes de lâmpadas, ferros elétricos, chuveiros elétricos etc.,
passaram a especificar em seus produtos pelo menos dois valores, chamados de
valores nominais que são:
Tensão nominal ou ddp (U) – tensão da rede para a qual o produto foi fabricado;
Potência nominal(P) – potência consumida pelo aparelho.
‡ Ao colocarmos um aparelho em funcionamento devemos observar que:
1) Se a rede elétrica, na qual o aparelho vai ser ligado, apresentar uma ddp menor
que a ddp nominal do aparelho, este funcionará em condições abaixo do normal. O
aparelho funcionará desenvolvendo uma potência abaixo da potência nominal, ou
seja, o funcionamento do aparelho é abaixo do normal.
FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio
Potência Elétrica
9. 2) Sendo a ddp da rede elétrica igual à ddp nominal do
aparelho, este funciona em condições normais.
3) Finalmente, se a ddp da rede elétrica for maior que a
ddp nominal do aparelho elétrico, este sofrerá
superaquecimento, podendo, em função do tempo de
funcionamento, fundir, o que significa queima do aparelho.
FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio
Potência Elétrica
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incandescente
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10. CÁLCULO DA ENERGIA ELÉTRICA
FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio
Potência Elétrica
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es.wordpress.com/2011/04/
celpe1.jpg
11. Pedro mora com mais três amigos em uma “república”. Na tabela abaixo estão listados os aparelhos elétricos existentes na casa e as
horas de uso, em média, de cada aparelho. Para calcular o gasto mensal de energia elétrica, em kWh, você deve adotar o seguinte
procedimento:
• Considere o mês com 30 dias.
1. Complete a tabela, calculando o total gasto no mês, em kWh, em cada item.
2. Qual é o aparelho que mais consome energia elétrica na “república”?
3. Com exceção do chuveiro, todos os demais aparelhos funcionam em 120 V. Se todos funcionam simultaneamente, exceto o
chuveiro, qual é o total da intensidade de corrente elétrica necessária?
4. Qual é a intensidade de corrente elétrica que atravessa o chuveiro, quando em funcionamento?
5. Considerando que o preço do kWh seja R$ 0,17, qual é o gasto mensal de energia elétrica da “república”?
6. De quantos ampères deve ser um fusível para proteger todos os aparelhos que funcionam em 120 V? E para proteger o chuveiro?
Fonte: http://pt.scribd.com/doc/72897057/21569-Cap-40-conta-de-energia-eletrica#download
Atividade especial adaptada – conta de energia elétrica
FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio
Potência Elétrica
QUANTIDADE APARELHO ESPECIFICAÇÃO
DDP/Potência
HORA DE USO POR
DIA
TOTAL GASTO NO
MÊS EM kWh
1 Televisão 20” 120V-60W 5
1 Televisão 14” 120V-50W 5
1 Geladeira 120V-300W 12
2 Rádiorelógio 120V-4W 24
1 Chuveiro 220V-4.400W 1
1 Grill 120V-640W 0,5
5 Lâmpada Incandescente 120V-60W 6
3 Lâmapada Fluorescente 120V-20W 6
12. EXEMPLOS
Questão 01 - Um estudante resolveu acampar durante as férias de verão. Em sua
bagagem levou uma lâmpada com as especificações: 220 V - 60 W. No camping
escolhido, a rede elétrica é de 110 V. Se o estudante utilizar a sua lâmpada na
voltagem do camping:
• não terá luz, pois a lâmpada “queimará”;
• ela brilhará menos, porque a potência dissipada será de 15 W;
• ela brilhará menos, porque a potência dissipada será de 30 W;
• ela brilhará normalmente, dissipando a potência de 60 W.
http://www.supletivounicanto.com.br/docs/listas/medio/fisica/Fisica_3o_Ano_potencia_eletrica_fim.pdf
FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio
Potência Elétrica
Como se faz a leitura no medidor de energia das residências?
CALCULE O SEU CONSUMO (BT)
13. Questão 03 - Uma plaqueta presa a um aparelho elétrico indica (840 W – 120 V). Supondo que seja
ligado corretamente, o valor da corrente que o atravessa e o valor da energia elétrica que
consome por hora será, respectivamente de:
a) 5 A e 0,72 kWh
b) 2 A e 0,84 kWh
c) 7 A e 0,84 kWh
d) 7 A e 0,54 kWh
http://www.supletivounicanto.com.br/docs/listas/medio/fisica/Fisica_3o_Ano_potencia_eletrica_fim.pdf
FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio
Potência Elétrica
Questão 02 - Antes de comprar um chuveiro elétrico para instalar em sua residência, um chefe de
família levantou os seguintes dados:
• potência do chuveiro = 2.400 W
• tempo médio de um banho = 10 min
• n° de banhos por dia = 4
• preço do kWh = R$ 0,20
Com esses dados, chega-se à conclusão de que o custo mensal de energia elétrica para utilização
do chuveiro será:
a) R$ 12,10 b) R$ 9,60 c) R$ 8,40 d) R$ 7,20
http://www.supletivounicanto.com.br/docs/listas/medio/fisica/Fisica_3o_Ano_potencia_eletrica_fim.pdf
14. FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio
Potência Elétrica
Resistores – Leis de Ohm
Ohm estabeleceu a noção de Resistência Elétrica e
publicou suas observações em 1827 no seu trabalho Die
galvanische Kette mathematisch bearbeitet (1827; Estudo
matemático da corrente galvânica). Nesse trabalho ele
apresentou os fundamentos das futuras teorias dos
circuitos elétricos.
Vimos anteriormente que a corrente elétrica quando
percorre um condutor provoca colisões entre os
portadores de carga elétrica(elétrons) e os átomos da
rede do condutor. Então os átomos da rede funcionam
como verdadeiros obstáculos à passagem da corrente
elétrica. Isso gera então o EFEITO JOULE.
Imagem:
Autor
desconhecido
/
Georg
Simon
Ohm
/
United
States
Public
Domain.
Georg Simon-Ohm
Animação – efeito Joule
http://www.eletronica24h.com.br/Curso%20CC/aparte1/paginas1/eletronand
ando.html
15. FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio
Potência Elétrica
1ª lei de Ohm
Em um condutor ôhmico mantido à temperatura constante, a intensidade de corrente
elétrica é proporcional à diferença de potencial aplicada entre seus terminais. Essa
constante recebe o nome de RESISTÊNCIA ELÉTRICA. Observe que quanto maior a
resistência menor é a corrente estabelecida no condutor e vice-versa.
U
i
U= R.i
U
i
Para um condutor ôhmico, a ddp (U) é
Diretamente proporcional a intensidade de
corrente elétrica (i)
O mesmo não ocorre com um condutor
Não-ôhmico. A ddp (U) não é diretamente
Proporcional a intensidade de corrente
elétrica (i).
Primeira lei de Ohm
16. FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio
Potência Elétrica
Condutor ideal
Condutor ideal seria o condutor que não apresentasse resistência elétrica à passagem
da corrente elétrica. Em situações em que o condutor tem uma resistência muito baixa,
podemos desprezá-la (exemplo no caso de instalações elétricas residenciais).
Condutor ideal
É uma medida da oposição ao movimento dos portadores de carga, ou
seja, a resistência elétrica representa a dificuldade que os portadores
de carga encontram para se movimentarem através do condutor.
Quanto maior a mobilidade dos portadores de carga, menor a
resistência elétrica do condutor. Quando o condutor tem a finalidade
exclusiva de produzir a energia térmica(efeito joule) então o condutor
é chamado de RESISTOR.
Resistência elétrica (R) - Resistores
RESISTOR
R = 0
R
18. FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio
Potência Elétrica
2ª lei de Ohm
A
A
A
A
l
l
l
l
l
A
2
resistência R
resistência 2R
Fios de mesmo
material
resistência R
resistência R/2
Fio condutor
Fios de mesmo
material
19. FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio
Potência Elétrica
Resistores – utilizados nos aparelhos aquecedores
http://static.hsw.com.br/gif/ho
w-to-repair-small-appliances-
25.jpg
Imagem:
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incandescente
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Ming888
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Fio
de
um
resistor
/
Ulfbastel
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Público.
20. FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio
Potência Elétrica
Potência dissipada num resistor
O que fazer para ligar uma lâmpada de
tensão menor que a da rede sem
queimá-la?
A solução é fazer a corrente
elétrica transformar uma parte da
energia recebida em calor
(dissipar energia) de forma que o
restante seja suficiente para que a
lâmpada funcione nos seus
valores nominais.
BATERIA
21. FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio
Potência Elétrica
Potência dissipada num resistor
22. Os fusíveis e disjuntores – sua aplicação no cotidiano
Fusíveis são dispositivos conectados ao circuito elétrico que tem
como função principal a proteção do circuito contra as
sobrecargas da corrente elétrica, evitando possíveis danos ao
sistema elétrico, tais como a queima do circuito, explosões e
eletrocutamento. Em circuito elétrico sempre será gerado calor,
por causa das resistências que nele estão inseridas. Às vezes esse
calor pode ser aproveitado, como é o caso dos fusíveis. O
funcionamento de um fusível é baseado no princípio segundo o
qual a corrente que passa por um condutor gera calor que é
proporcional ao quadrado da intensidade da corrente. Quando a
corrente atinge um determinado valor máximo, o condutor se
aquece, porém não dissipa esse calor rapidamente, fazendo com
que um componente derreta e abra o circuito, impedindo que a
corrente passe.
Os disjuntores possuem a mesma função, porém sua utilização
difere da dos fusíveis. Os fusíveis são mais utilizados em circuitos
domésticos e indústria leve. Já os disjuntores são mais aplicados na
indústria pesada.
Por Marco Aurélio da Silva - Equipe Brasil Escola
Fonte: http://www.brasilescola.com/fisica/fusiveis.htm
FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio
Potência Elétrica
Imagem: Fusível de vidro / André Karwath aka aka /
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Imagem:
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Dimitry
G
/
Domínio
Público
23. Outros fusíveis
FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio
Potência Elétrica
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para
automóveis
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24. FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio
Potência Elétrica
Para especificar o valor nominal de um fusível genérico, necessário para proteger um
determinado circuito, pode ser utilizada uma regra prática que é a de multiplicar a intensidade
da corrente elétrica presente no circuito por 1,2, o que na verdade seria o mesmo que aplicar
20% de acréscimo no valor da corrente do circuito elétrico, o valor resultante será a corrente
nominal do fusível. Se for utilizado um fusível de corrente nominal igual à intensidade da
corrente elétrica do circuito, haveria o risco do fusível ser queimado em instantes, portanto é
aplicada esta margem de 20%, que permite a condução da corrente pelo fusível sem
queimá-lo, mas garante a proteção do circuito. Há casos em que o resultado obtido não
coincide com os valores de correntes nominais dos fusíveis disponíveis no mercado, portanto,
deverá ser feita uma aproximação “para mais”, desde que não exceda o valor da corrente do
circuito em mais de 60%.
Exemplo: Digamos que, em um circuito qualquer, a intensidade da corrente seja de 10 ampères.
Qual seria o fusível ideal para proteger o circuito?
10 X 1,2 = 12 A Logo, o fusível ideal seria de 12 ampères.
Caso não fosse possível adquirir um fusível deste valor, um de 15 A. poderia ser utilizado.
http://republica.ath.cx/matdidatico/eter/1oano/MMM/Cap04-Dispositivos%20de%20Protecao.pdf
Dimensionamento do fusível
25. FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio
Potência Elétrica
Dimensionamento do disjuntor
Para especificar o valor nominal de fusível genérico, necessário para proteger um
determinado circuito, basta multiplicar a corrente presente no circuito por 1,05. O
valor resultante é a corrente nominal do disjuntor. Há casos em que o resultado
obtido não coincide com os valores de correntes nominais dos disjuntores disponíveis
no mercado, portanto, deverá ser feita uma aproximação ‘para mais”, desde que não
exceda o valor da corrente do circuito em mais de 35%. Exemplo: Digamos que, em
um circuito qualquer, a intensidade da corrente seja de 10 ampères. Qual seria o
disjuntor ideal para proteger o circuito?
10 X 1,05 = 10,5 A Logo, o disjuntor ideal seria de 10 ampères e meio.
Caso não fosse possível adquirir um disjuntor deste valor, um de 12 A poderia ser
utilizado.
http://republica.ath.cx/matdidatico/eter/1oano/MMM/Cap04-Dispositivos%20de%20Protecao.pdf
26. FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio
Potência Elétrica
Influência da temperatura na resistência elétrica de um condutor
Como já foi dito antes, a resistência elétrica de um condutor é completamente dependente do
tipo de material de que é feito, bem como da mobilidade das partículas em seu interior.
Na maioria das substâncias, uma maior temperatura significa uma maior resistência elétrica, pois
com o aumento da temperatura aumenta a mobilidade das partículas que constituem a
substância, ou seja, aumentam as colisões, mas em menor intensidade nas ligas metálicas por
causa das diferentes ligações químicas, por isso elas são usadas na fabricação de resistores.
Nos líquidos o aumento da temperatura faz com que aumente a mobilidade dos íons e
consequente diminuição da resistência. Já no interior dos metais ocorre um aumento da
resistência com a temperatura e o mesmo ocorre com o grafite e com os condutores iônicos.
Podemos concluir então que a variação da resistência elétrica, com a temperatura, em um
condutor depende diretamente da variação da resistividade elétrica do material de que é feito.
http://www.geocities.ws/hifi_eventos/ResistenciaEletrica.html
1ª LISTA DE EXERCÍCIOS
2ª LISTA DE EXERCÍCIOS
27. • NUSSENZWEIG, Moisés. Curso de Física Básica. v.3. 4ª ed. Edgard
Blücher Editora.
• TIPLER, Paul A. Física. v.3.4ª ed. Livros Técnicos e Científicos Editora.
• Halliday, Resnick, Walker. Fundamentos de Física. v.1. 7ª ed. Livros
Técnicos e Científicos Editora.
• FEYNMAN. Lectures on Physics. v.3. Addison Wesley.
• GUIMARÃES, Luiz A. Mendes. Física para o 2° grau. Eletricidade. Ed.
Harbra, 1997.
• FUKUI, Ana. Física: Ensino Médio. 3ª série. 1ª ed. Edições SM, 2009.
• DOCA, Ricardo Helou. Física. Vol. 3. Mecânica. 1ª ed. Ed. Saraiva, 2010.
• FERRARO, Nicolau Gilberto. Física Básica. Vol. único. 3ª ed. Atual, 2009.
BIBLIOGRAFIA
FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio
Potência Elétrica
28. FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio
Potência Elétrica
• http://www.brasilescola.com/fisica/potencia.htm
• http://pt.wikipedia.org/wiki/L%C3%A2mpada_incandescente
• http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chuveiro.JPG
• http://exame.abril.com.br/marketing/noticias/varejo-corta-precos-de-eletronicos-em-ate-80-
hoje
• http://luzcasa.com.br/Produto-LAMPADAS---Incandescente-E27-Lampada-Incandescente-
Leitosa-60-Watts---OSRAM-versao-14-14.aspx
• http://www.supletivounicanto.com.br/docs/listas/medio/fisica/Fisica_3o_Ano_potencia_eletr
ica_fim.pdf
• http://dc145.4shared.com/doc/NDKbdPEp/preview.html
• http://profsolimar.blogspot.com.br/2012/02/tudo-sobre-chuveiro-eletrico.html
29. FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio
Potência Elétrica
• http://www.tungsten-bar.com/Portuguese/tungsten-wire.html
• http://republica.ath.cx/matdidatico/eter/1oano/MMM/Cap04-
Dispositivos%20de%20Protecao.pdf
• http://www.youtube.com/watch?v=v1TdSgOwoeU&feature=fvsr
• http://www.geocities.ws/hifi_eventos/ResistenciaEletrica.html
• http://www.kuroski.com.br/escola/opet/listaOpet3EM.pdf
• Todos os acessos feitos em 06.06.2012
30. Tabela de Imagens
n° do
slide
direito da imagem como está ao lado da
foto
link do site onde se consegiu a informação Data do
Acesso
2a Lâmpada incandescente / Ming888 / GNU
Free Documentation License
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Lightbulb.jpg 22/08/2012
2b Lâmpada fluorecenscete / Leridant /
Creative Commons Attribution-Share Alike
2.5 Generic
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Economyl
amp-zoom_on_irc_and_color_temp_writing.jpg
22/08/2012
3a Chuveiro Elétrico / Andrevruas / Creative
Commons Attribution 3.0 Unported
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chuveiro.J
PG
22/08/2012
3b Ferro Elétrico / Li-sung / Creative Commons
Attribution-Share Alike 3.0 Unported
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Electric_ir
on_stand.jpg
22/08/2012
3c Ventilador / Jorge Barrios / Domínio Público http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ventilador
_Electrico_Piso.jpg?uselang=pt-br
22/08/2012
9a Chuveiro Elétrico / Andrevruas / Creative
Commons Attribution 3.0 Unported
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chuveiro.J
PG
22/08/2012
9b KMJ / Eletric Bulb from Neolux / GNU Free
Documentation License
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Gluehlam
pe_01_KMJ.jpg?uselang=pt-br
22/08/2012
9c Valores nominais de uma fonte de
computador / Baran Ivo / Domínio Público.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:ATX_PS_la
bel.jpg
22/08/2012
14 Autor desconhecido / Georg Simon Ohm /
United States Public Domain
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Georg-
simon-ohm_1.jpg?uselang=pt-br
22/08/2012
31. Tabela de Imagens
n° do
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direito da imagem como está ao lado da
foto
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Acesso
17 Resistores / Omegatron / Creative Commons
Attribution-Share Alike 3.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Resistors.j
pg
22/08/2012
19a Fio de um resistor / Ulfbastel / Domínio
Público.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Drahtwid.j
pg
22/08/2012
19b Lâmpada incandescente / Ming888 /
Creative Commons Attribution-Share Alike
3.0 Unported
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Lightbulb.jpg 22/08/2012
22a Fusível de vidro / André Karwath aka aka /
Creative Commons Attribution-Share Alike
2.5 Generic.
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Fuse_(aka).jpg
22/08/2012
22b Dijuntores / Dimitry G / Domínio Público http://commons.wikimedia.org/wiki/File:1-
pole_breakers.JPG?uselang=pt-br
22/08/2012
23a Fusíveis para automóveis / Havarhen /
Creative Commons Attribution-Share Alike
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fuses,_plug-in_type,_different_sizes.jpeg
22/08/2012
23b Fusível NH / Karl Gruber / Creative
Commons Attribution-Share Alike 3.0
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Sicherung.jpg
22/08/2012
23c Fusíveis Diazed / Cherubino / Creative
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22/08/2012