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Aula 27 Física p/ ENEM 2016 Professores: Vinicius Silva, Wagner Bertolini 04178253905 - vinicius marques Curso de Física para o ENEM 2016 Teoria e exercícios comentados Aula 27 – Magnetismo II – estrategiaenem – Prof. Vinícius Silva www.estrategiaconcursos.com.br Página 1 de 34 AULA 27: Campo Magnético SUMÁRIO PÁGINA 1. Introdução 1 2. Campo magnético estabelecido em fios condutores percorridos por uma corrente. 2 3. Campo magnético gerado por uma espira circular condutora 3 4. Campo magnético gerado por um solenoide. 5 5. Exercícios propostos 7 6. Exercícios Comentados 17 7. Gabarito 34 1. Introdução Olá meus amigos e amigas do Estratégia ENEM! Vamos continuar o estudo do eletromagnetismo, hoje o assunto é o campo magnético, tema muito relevante para a física, mas pouco cobrado no ENEM. Na verdade nenhuma questão do ENEM desde 1998 cobrou especificamente esse tema. No entanto, estamos aqui para aprender o que pode ser cobrado, com base no edital, ou seja, temos de passar por todo o conteúdo programático e isso quer dizer que as fontes de campo magnético estão incluídas nesse contexto. Ao final teremos 12 questões entre de vestibulares tradicionais sobre o tema em estudo, que se parecem com a temática cobrada pelo ENEM. Vamos mais uma vez trabalhar com poucas questões, tendo em vista o grau de incidência em questões do ENEM sobre esse conteúdo. Abraços. Prof. Vinícius Silva. 04178253905 04178253905 - vinicius marques Curso de Física para o ENEM 2016 Teoria e exercícios comentados Aula 27 – Magnetismo II – estrategiaenem – Prof. Vinícius Silva www.estrategiaconcursos.com.br Página 2 de 34 Eletromagnetismo - II 2. Campo magnético estabelecido em fios condutores percorridos por uma corrente. A experiência de Oersted mostra que quando um condutor retilíneo longo é atravessado por uma corrente elétrica, um campo magnético se origina ao seu redor. As linhas de indução magnética são circulares e concêntricas ao condutor, tal como mostra a figura abaixo. Para calcular o módulo do vetor campo magnético a uma distância r do fio condutor pode ser dado por: 2 i B d Onde é a permeabilidade magnética do meio, i é a corrente que atravessa o fio e d é a distância do ponto em questão ao fio. O sentido será dado pela regra da mão direita envolvente da forma como está representada na figura abaixo, atentando apenas para o fato de que o dedo polegar deve sempre estar na direção e sentido da corrente que atravessa o fio. 04178253905 04178253905 - vinicius marques Curso de Física para o ENEM 2016 Teoria e exercícios comentados Aula 27 – Magnetismo II – estrategiaenem – Prof. Vinícius Silva www.estrategiaconcursos.com.br Página 3 de 34 OBSERVAÇÕES: Unidade do campo magnético: No SI é dada em T (Tesla) é a permeabilidade magnética do meio, quando for o vácuo esta constante assumirá o valor: = 4 . 10-7 T.m/A Quanto maior a corrente elétrica no fio, maior será o campo magnético gerado. Por outro lado, quanto maior for a distância, menor será a intensidade do campo magnético, o que implica em um espaçamento maior entre as linhas de campo. 3. Campo magnético gerado por uma espira circular condutora Uma espira circular pode ser obtida encurvando-se um condutor reto até atingir a forma circular. É possível verificar no dia a dia espiras não circulares. As pessoas tendem a achar que as espiras devem ser sempre circulares, no entanto, isso não é uma verdade. Temos espiras em outras formas, como, por exemplo, quadradas, retangulares, triangulares etc. 04178253905 04178253905 - vinicius marques Curso de Física para o ENEM 2016 Teoria e exercícios comentados Aula 27 – Magnetismo II – estrategiaenem – Prof. Vinícius Silva www.estrategiaconcursos.com.br Página 4 de 34 No caso da espira circular, calcula-se o módulo do vetor campo magnético no centro da espira circular. O cálculo em outros locais não é objeto de estudo do ensino médio e demanda aprofundamentos do nível superior. A intensidade do campo originado no centro de uma espira circular é dada por: 2 i B R Onde R é o raio da espira e e i são respectivamente a permeabilidade magnética e a corrente elétrica. Já a direção e o sentido do campo magnético no centro da espira serão obtidos por meio da regra da mão direita envolvente conforme figura abaixo: OBSERVAÇÕES: Quanto maior o raio da espira menor será a intensidade do campo em seu centro. Em relação à corrente elétrica, o campo magnético no centro da espira é diretamente proporcional. Na espira circular, o lado em que entram as linhas de campo magnético pode ser associado ao polo sul, e o lado de onde saem as linhas pode ser associado ao polo norte. Observe a figura abaixo: 04178253905 04178253905 - vinicius marques Curso de Física para o ENEM 2016 Teoria e exercícios comentados Aula 27 – Magnetismo II – estrategiaenem – Prof. Vinícius Silva www.estrategiaconcursos.com.br Página 5 de 34 Caso tenhamos n espiras justapostas teremos o que chamamos de bobina chata, e esta tem o valor de seu campo magnético no seu centro dado por: 2 n i B R 4. Campo magnético gerado por um solenoide. Também conhecido como bonina longa, um solenoide também é capaz de gerar um campo magnético. 04178253905 04178253905 - vinicius marques Curso de Física para o ENEM 2016 Teoria e exercícios comentados Aula 27 – Magnetismo II – estrategiaenem – Prof. Vinícius Silva www.estrategiaconcursos.com.br Página 6 de 34 A intensidade no seu interior pode ser calculada pela seguinte fórmula: N B i L O campo magnético no interior de um solenoide (bobina longa) pode ser considerado uniforme. A razão N/L mede a densidade linear de espiras: quanto maior o número de rolamentos por unidade de comprimento, maior será a intensidade do campo magnético no interior do solenoide. O sentido e a direção do campo irão depender da corrente elétrica e será dado pela regra da mão direita também. No solenoide, em virtude das linhas de campo que são formadas nas proximidades dele, podemos afirmar que existem dois polos (norte e sul) no solenoide. 04178253905 04178253905 - vinicius marques Curso de Física para o ENEM 2016 Teoria e exercícios comentados Aula 27 – Magnetismo II – estrategiaenem – Prof. Vinícius Silva www.estrategiaconcursos.com.br Página 7 de 34 5. Exercícios propostos 1. (Uema 2015) A Copa do Mundo de 2014, no Brasil, pôde ser vista por milhões de pessoas pelos aparelhos de televisão que transmitiram sons e imagens por meio de novas tecnologias desenvolvidas com base nos conhecimentos de ondas e de campos magnéticos. A expressão para calcular a intensidade de campo magnético é a razão entre o(a) a) intensidade de corrente pelo produto da força pelo comprimento. b) força pelo produto da carga pela velocidade. c) carga pelo produto da força pela velocidade. d) velocidade pelo produto da força pela carga. e) comprimento pelo produto da força pela intensidade de corrente. 2. (Esc. Naval 2015) Analise a figura abaixo. Um instrumento denominado amperímetro de alicate é capaz de medir a corrente elétrica em um ou mais condutores apenas os envolvendo com suas garras (ver figura). Quando essas são fechadas, o campo magnético produzido pelas correntes envolvidas pode ser medido por um sensor. Considere que dois condutores retilíneos, muito próximos umdo outro atravessam o centro da área circular, de raio R, entre as garras do medidor. Sendo assim, o campo magnético medido pelo sensor será a) zero, se as correntes nos fios forem de mesmo módulo I e tiverem sentidos contrários. b) 0 2 I , R ɊɎ se as correntes forem de mesmo módulo I e tiverem o mesmo sentido. 04178253905 04178253905 - vinicius marques Curso de Física para o ENEM 2016 Teoria e exercícios comentados Aula 27 – Magnetismo II – estrategiaenem – Prof. Vinícius Silva www.estrategiaconcursos.com.br Página 8 de 34 c) 0I , 2 R ɊɎ se as correntes forem de mesmo módulo I e tiverem o mesmo sentido. d) 0I , 4 R ɊɎ se as correntes forem de mesmo módulo I e tiverem sentidos contrários. e) sempre zero. 3. (Udesc 2015) Considere um longo solenoide ideal composto por 10.000 espiras por metro, percorrido por uma corrente contínua de 0,2 A. O módulo e as linhas de campo magnético no interior do solenoide ideal são, respectivamente: a) Nulo, inexistentes. b) 48 10 T,Ɏ circunferências concêntricas. c) 44 10 T,Ɏ hélices cilíndricas. d) 38 10 T,Ɏ radiais com origem no eixo do solenoide. e) 48 10 T,Ɏ retas paralelas ao eixo do solenoide. TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Atualmente, a comunidade científica admite que certos animais detectam e respondem a campos magnéticos, e que para muitos deles essa capacidade é útil para a sobrevivência. Um sentido magnético tem sido, de fato, bem documentado em muitas espécies — desde migrantes sazonais, como tordos e borboletas-monarcas, até mestres navegadores, como pombos-correios e tartarugas marinhas; desde invertebrados, como lagostas, abelhas e formigas, a mamíferos, como toupeiras e focas- elefante; e de minúsculas bactérias a corpulentas baleias. Nos anos 70, pesquisadores demonstraram que certas bactérias contêm filamentos de partículas microscópicas de magnetitas — uma forma fortemente magnética de óxido de ferro que orienta o organismo inteiro. (CASTELVECCHI. 2012. p. 29-33). 4. (Uneb 2014) Tratando-se de fenômenos físicos oriundos de um ímã natural, a magnetita, como encontrado em certas bactérias, é correto afirmar: 04178253905 04178253905 - vinicius marques Curso de Física para o ENEM 2016 Teoria e exercícios comentados Aula 27 – Magnetismo II – estrategiaenem – Prof. Vinícius Silva www.estrategiaconcursos.com.br Página 9 de 34 a) As linhas de indução magnética e as linhas de força são linhas contínuas e fechadas que formam círculos concêntricos em torno de magnetita. b) Os elétrons e prótons em repouso, ao serem expostos a campos magnéticos, serão submetidos a uma força magnética. c) Um campo magnético pode ser usado como acelerador de partículas porque esse campo aumenta o módulo da velocidade dessas partículas. d) Uma bobina chata percorrida por uma corrente elétrica forma no seu eixo uma região de campo magnético com as propriedades idênticas ao de um ímã natural. e) As partículas eletrizadas, ao serem lançadas paralelamente às linhas de indução magnéticas com velocidade constante, interagem com o campo magnético, submetidas às forças magnéticas atrativas ou repulsivas. 5. (G1 - ifpe 2012) Uma bobina chata representa um conjunto de N espiras que estão justapostas, sendo essas espiras todas iguais e de mesmo raio. Considerando que a bobina da figura abaixo tem resistência de R 8 , possui 6 espiras, o raio mede 10 cm, e ela é alimentada por um gerador de resistência interna de 2 e força eletromotriz de 50 V, a intensidade do vetor indução magnética no centro da bobina, no vácuo, vale: Dado: 7o 4 . 10 T.m / AɊ Ɏ (permeabilidade magnética no vácuo) a) 52 . 10 TɎ b) 54 . 10 TɎ c) 56 . 10 TɎ d) 58 . 10 TɎ e) 59 . 10 TɎ 04178253905 04178253905 - vinicius marques Curso de Física para o ENEM 2016 Teoria e exercícios comentados Aula 27 – Magnetismo II – estrategiaenem – Prof. Vinícius Silva www.estrategiaconcursos.com.br Página 10 de 34 6. (Cps - 2012) Para vender a fundições que fabricam aço, as grandes indústrias de reciclagem separam o ferro de outros resíduos e, para realizar a separação e o transporte do ferro, elas utilizam grandes guindastes que, em lugar de possuírem ganchos em suas extremidades, possuem a) bobinas que geram corrente elétrica. b) bobinas que geram resistência elétrica. c) dínamos que geram campo magnético. d) eletroímãs que geram corrente elétrica. e) eletroímãs que geram campo magnético. 7. (Ufsm 2011) O campo magnético pode ser produzido pelo movimento de cargas elétricas ou, como ocorre nas ondas eletromagnéticas, pela variação do fluxo de campo elétrico local. Em qual das figuras a seguir está representado corretamente o campo magnético? a) b) c) d) 04178253905 04178253905 - vinicius marques Curso de Física para o ENEM 2016 Teoria e exercícios comentados Aula 27 – Magnetismo II – estrategiaenem – Prof. Vinícius Silva www.estrategiaconcursos.com.br Página 11 de 34 e) 8. (Ufpr 2011) Na segunda década do século XIX, Hans Christian Oersted demonstrou que um fio percorrido por uma corrente elétrica era capaz de causar uma perturbação na agulha de uma bússola. Mais tarde, André Marie Ampère obteve uma relação matemática para a intensidade do campo magnético produzido por uma corrente elétrica que circula em um fio condutor retilíneo. Ele mostrou que a intensidade do campo magnético depende da intensidade da corrente elétrica e da distância ao fio condutor. Com relação a esse fenômeno, assinale a alternativa correta. a) As linhas do campo magnético estão orientadas paralelamente ao fio condutor. b) O sentido das linhas de campo magnético independe do sentido da corrente. c) Se a distância do ponto de observação ao fio condutor for diminuída pela metade, a intensidade do campo magnético será reduzida pela metade. d) Se a intensidade da corrente elétrica for duplicada, a intensidade do campo magnético também será duplicada. e) No Sistema Internacional de unidades (S.I.), a intensidade de campo magnético é A/m. 9. (Ufpb 2011) Os eletroímãs, formados por solenoides percorridos por correntes elétricas e um núcleo de ferro, são dispositivos utilizados por guindastes eletromagnéticos, os quais servem para transportar materiais metálicos pesados. Um engenheiro, para construir um eletroímã, utiliza um bastão cilíndrico de ferro de 2,0 metros de comprimento e o enrola com um fio dando 4 x106 voltas. Ao fazer passar uma corrente de 1,5 A pelo fio, um campo magnético é gerado no interior do solenoide, e a presença do núcleo de ferro aumenta em 1.000 vezes o valor desse campo. Adotando para a constante 0Ɋ o valor 4 Ɏ x 10−7 T.m/ A , é correto afirmar que, nessas circunstâncias, o valor da intensidade do campo magnético, no interior do cilindro de ferro, em tesla, é de: 04178253905 04178253905 - vinicius marques Curso de Física para o ENEM 2016 Teoria e exercícios comentados Aula 27 – Magnetismo II – estrategiaenem – Prof. Vinícius Silva www.estrategiaconcursos.com.br Página 12 de 34 a) 24 Ɏ x 102 b) 12 Ɏ x 102 c) 6 Ɏ x 102 d) 3 Ɏ x 102 e) Ɏ x 102 10. (Unemat 2010) Segundo a experiência de Oersted, conclui-se que “toda corrente elétrica gera ao redor de si um campo magnético”, pode-se afirmar que as linhas do campo magnético, originadas por um condutor reto percorrido por uma corrente elétrica constante, são: a) linhas retas entrando no condutor. b) linhas paralelas ao condutor.c) circunferências concêntricas ao condutor, situadas em planos paralelos ao condutor. d) circunferências concêntricas ao condutor, situadas em planos perpendiculares ao condutor. e) linhas retas saindo do condutor. 11. (Ita 2009) A figura representa o campo magnético de dois fios paralelos que conduzem correntes elétricas. A respeito da força magnética resultante no fio da esquerda, podemos afirmar que ela: a) atua para a direita e tem magnitude maior que a da força no fio da direita. b) atua para a direita e tem magnitude igual à da força no fio da direita. c) atua para a esquerda e tem magnitude maior que a da força no fio da direita. d) atua para a esquerda e tem magnitude igual à da força no fio da direita. 04178253905 04178253905 - vinicius marques Curso de Física para o ENEM 2016 Teoria e exercícios comentados Aula 27 – Magnetismo II – estrategiaenem – Prof. Vinícius Silva www.estrategiaconcursos.com.br Página 13 de 34 e) atua para a esquerda e tem magnitude menor que a da força no fio da direita. 12. (Udesc 2009) Um transformador possui 50 espiras no enrolamento primário e 200 espiras no secundário. Ao ligar o primário a uma bateria de tensão contínua e constante de 12 V, o valor da tensão de saída, no enrolamento secundário, é igual a: a) 12 V, pois a tensão de saída é igual à tensão de entrada. b) zero, pois o número de espiras do enrolamento secundário é maior do que o dobro do número de espiras do primário. c) zero, pois não há força eletromotriz induzida nas espiras do secundário. d) 72 V, pois a razão entre a tensão de saída e a tensão de entrada é igual à razão entre o número de espiras do enrolamento secundário e o número de espiras do enrolamento primário. e) 48 V, pois a razão entre a tensão de entrada e a tensão de saída é igual à razão entre o número de espiras do enrolamento primário e o número de espiras do enrolamento secundário. 13. (VUNESP – SEED/DP – PROFESSOR DE FÍSICA) A figura representa uma bússola colocada sobre um condutor retilíneo ligado a uma fonte de tensão contínua, com a chave C desligada. Nota-se que, nessa situação, a agulha da bússola mostra que a direção do campo magnético da Terra, ܤሬԦT, no local, coincide com a direção da reta que contém o condutor. Num determinado momento, a chave é ligada e uma corrente contínua passa a percorrer esse condutor no mesmo sentido do campo magnético terrestre. Sabendo que o módulo do campo magnético gerado por essa corrente onde está colocada a bússola é igual ao módulo do campo magnético terrestre no local, assinale a alternativa que melhor representa a agulha da bússola depois da chave ligada. 04178253905 04178253905 - vinicius marques Curso de Física para o ENEM 2016 Teoria e exercícios comentados Aula 27 – Magnetismo II – estrategiaenem – Prof. Vinícius Silva www.estrategiaconcursos.com.br Página 14 de 34 14. (VUNESP – SEED/DP – PROFESSOR DE FÍSICA) Em uma importante experiência realizada em 1820, Oersted observou que a orientação da agulha de uma bússola ao lado de um fio sofria um desvio quando passava corrente elétrica pelo fio. A partir desse resultado, mostrou-se que um fio condutor retilíneo muito longo percorrido por corrente elétrica i produz um campo magnético circular em torno do fio, cujo módulo B em um ponto situado a distância r do fio é proporcional à corrente elétrica e é inversamente proporcional a r. A figura mostra um fio condutor longo perpendicular ao seu plano, percorrido por uma corrente elétrica saindo do papel. Se a distância do fio ao ponto for duplicada e a corrente for reduzida a um terço de sua intensidade, a intensidade e o sentido do campo magnético serão (A) 2B/3; sentido anti-horário. (B) 2B/3; sentido horário. (C) B/3; sentido anti-horário. (D) B/6; sentido horário. (E) B/6; sentido anti-horário. 04178253905 04178253905 - vinicius marques Curso de Física para o ENEM 2016 Teoria e exercícios comentados Aula 27 – Magnetismo II – estrategiaenem – Prof. Vinícius Silva www.estrategiaconcursos.com.br Página 15 de 34 15. (FGV – PC/RJ – PERITO CRIMINAL) Considere uma espira circular de raio R, contida no plano do papel e pela qual passa uma corrente estacionária i no sentido anti-horário, como ilustra a figura. Podemos afirmar que o campo magnético ܤሬԦ no centro da espira é (A) perpendicular ao plano do papel, apontando para fora e de módulo igual a ┢0i/(2R) (B) perpendicular ao plano do papel, apontando para dentro e de módulo igual a ┢0i/(2R) (C) perpendicular ao plano do papel, apontando para fora e de módulo igual a ┢0i/(2R2) (D) perpendicular ao plano do papel, apontando para dentro e de módulo igual a ┢0i/(2R2) (E) nulo 16. (CESGRANRIO – INNOVA – TÉCNICO DE OPERAÇÃO JÚNIOR) Quando um condutor elétrico é percorrido por uma corrente elétrica, em torno dele é gerado um campo magnético. A figura a seguir representa dois condutores percorridos por correntes com direção, respectivamente, para fora da folha de papel, e para dentro da folha de papel. A representação correta das linhas de campo magnético gerado em torno dos condutores 1 e 2 é 04178253905 04178253905 - vinicius marques Curso de Física para o ENEM 2016 Teoria e exercícios comentados Aula 27 – Magnetismo II – estrategiaenem – Prof. Vinícius Silva www.estrategiaconcursos.com.br Página 16 de 34 17. (CESGRANRIO – PETROBRÁS – GEOFÍSICO) Duas espiras circulares E1 e E2 concêntricas e coplanares, com raios R1 = 0,5m e R2 = 0,25m, são percorridas pelas correntes i1 e i2, como indicado na figura acima. Considerando-se a corrente i1 = 10,0 A e a permeabilidade magnética do vácuo 4.10-7T.m/A , qual o valor da corrente i2, em unidade do Sistema Internacional, para que o campo magnético resultante no centro da espira seja nulo? (A) 10,0 (B) 5,0 (C) 4,0 (D) 2,5 (E) 2,0 04178253905 04178253905 - vinicius marques Curso de Física para o ENEM 2016 Teoria e exercícios comentados Aula 27 – Magnetismo II – estrategiaenem – Prof. Vinícius Silva www.estrategiaconcursos.com.br Página 17 de 34 6. Exercícios Comentados 1. (Uema 2015) A Copa do Mundo de 2014, no Brasil, pôde ser vista por milhões de pessoas pelos aparelhos de televisão que transmitiram sons e imagens por meio de novas tecnologias desenvolvidas com base nos conhecimentos de ondas e de campos magnéticos. A expressão para calcular a intensidade de campo magnético é a razão entre o(a) a) intensidade de corrente pelo produto da força pelo comprimento. b) força pelo produto da carga pela velocidade. c) carga pelo produto da força pela velocidade. d) velocidade pelo produto da força pela carga. e) comprimento pelo produto da força pela intensidade de corrente. Resposta: item B. Comentário: Primeiramente, vamos lembrar de uma fórmula que você já viu no ensino médio, e vamos aprofundar e revisar na próxima aula, que é a da intensidade da força magnética dada por: F Bqv senɅ Onde, B é a intensidade do campo magnético, q é a carga elétrica, v é a velocidade e Ʌ é o ângulo entre B e v. Sendo B e v perpendiculares, ou seja, formando um ângulo de 90°, então sen 1.Ʌ Então, isolando a intensidade do campo magnético na expressão, temos: F B q v 04178253905 04178253905 - vinicius marques Curso de Física para o ENEM 2016 Teoria e exercícios comentados Aula 27 – Magnetismo II – estrategiaenem – Prof. Vinícius Silva www.estrategiaconcursos.com.br Página 18 de 34 2. (Esc. Naval 2015)Analise a figura abaixo. Um instrumento denominado amperímetro de alicate é capaz de medir a corrente elétrica em um ou mais condutores apenas os envolvendo com suas garras (ver figura). Quando essas são fechadas, o campo magnético produzido pelas correntes envolvidas pode ser medido por um sensor. Considere que dois condutores retilíneos, muito próximos um do outro atravessam o centro da área circular, de raio R, entre as garras do medidor. Sendo assim, o campo magnético medido pelo sensor será a) zero, se as correntes nos fios forem de mesmo módulo I e tiverem sentidos contrários. b) 0 2 I , R ɊɎ se as correntes forem de mesmo módulo I e tiverem o mesmo sentido. c) 0I , 2 R ɊɎ se as correntes forem de mesmo módulo I e tiverem o mesmo sentido. d) 0I , 4 R ɊɎ se as correntes forem de mesmo módulo I e tiverem sentidos contrários. e) sempre zero. 04178253905 04178253905 - vinicius marques Curso de Física para o ENEM 2016 Teoria e exercícios comentados Aula 27 – Magnetismo II – estrategiaenem – Prof. Vinícius Silva www.estrategiaconcursos.com.br Página 19 de 34 Resposta: item A. Comentário: A figura acima mostra o sentido do vetor campo magnético gerado por cada corrente, quando elas têm sentidos opostos. Esses vetores são de mesmo módulo e de sentidos opostos, anulando o campo magnético resultante. 3. (Udesc 2015) Considere um longo solenoide ideal composto por 10.000 espiras por metro, percorrido por uma corrente contínua de 0,2 A. O módulo e as linhas de campo magnético no interior do solenoide ideal são, respectivamente: a) Nulo, inexistentes. b) 48 10 T,Ɏ circunferências concêntricas. c) 44 10 T,Ɏ hélices cilíndricas. d) 38 10 T,Ɏ radiais com origem no eixo do solenoide. e) 48 10 T,Ɏ retas paralelas ao eixo do solenoide. Resposta: item E. Comentário: Da parte teórica do n osso curso, podemos aplicar a fórmula do módulo do campo gerado por um solenoide: o N B i L Ɋ Substituindo os valores fornecidos no enunciado, temos que: 04178253905 04178253905 - vinicius marques Curso de Física para o ENEM 2016 Teoria e exercícios comentados Aula 27 – Magnetismo II – estrategiaenem – Prof. Vinícius Silva www.estrategiaconcursos.com.br Página 20 de 34 7 4 1000 B 4 10 0,2 1 B 8 10 T ɎɎ A orientação do campo magnético no interior do solenoide sempre tem direção retilínea e paralela ao eixo do solenoide, enquanto o sentido é obtido pela regra da mão direita envolvente. TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Atualmente, a comunidade científica admite que certos animais detectam e respondem a campos magnéticos, e que para muitos deles essa capacidade é útil para a sobrevivência. Um sentido magnético tem sido, de fato, bem documentado em muitas espécies — desde migrantes sazonais, como tordos e borboletas-monarcas, até mestres navegadores, como pombos-correios e tartarugas marinhas; desde invertebrados, como lagostas, abelhas e formigas, a mamíferos, como toupeiras e focas- elefante; e de minúsculas bactérias a corpulentas baleias. Nos anos 70, pesquisadores demonstraram que certas bactérias contêm filamentos de partículas microscópicas de magnetitas — uma forma fortemente magnética de óxido de ferro que orienta o organismo inteiro. (CASTELVECCHI. 2012. p. 29-33). 4. (Uneb 2014) Tratando-se de fenômenos físicos oriundos de um ímã natural, a magnetita, como encontrado em certas bactérias, é correto afirmar: a) As linhas de indução magnética e as linhas de força são linhas contínuas e fechadas que formam círculos concêntricos em torno de magnetita. b) Os elétrons e prótons em repouso, ao serem expostos a campos magnéticos, serão submetidos a uma força magnética. c) Um campo magnético pode ser usado como acelerador de partículas porque esse campo aumenta o módulo da velocidade dessas partículas. d) Uma bobina chata percorrida por uma corrente elétrica forma no seu eixo uma região de campo magnético com as propriedades idênticas ao de um ímã natural. e) As partículas eletrizadas, ao serem lançadas paralelamente às linhas de indução magnéticas com velocidade constante, interagem com o campo magnético, submetidas às forças magnéticas atrativas ou repulsivas. 04178253905 04178253905 - vinicius marques Curso de Física para o ENEM 2016 Teoria e exercícios comentados Aula 27 – Magnetismo II – estrategiaenem – Prof. Vinícius Silva www.estrategiaconcursos.com.br Página 21 de 34 Resposta: item D. Comentário: As linhas de campo elétrico não são linhas fechadas, conforme visto na parte teórica. Cargas em repouso não sofrem ação de força elétrica. A força magnética pode ser usada para modificar apenas a direção e o sentido do vetor velocidade, atuando como resultante centrípeta. Carga elétrica em movimento (corrente elétrica) cria campo magnético, de acordo com a experiência de Oersted. Assim, uma bobina percorrida por corrente elétrica forma no seu eixo perpendicular ao plano que a contém uma região de campo magnético com as propriedades idênticas às de ímã natural. A força elétrica não atua quando o movimento da carga é na mesma direção do campo. 5. (G1 - ifpe 2012) Uma bobina chata representa um conjunto de N espiras que estão justapostas, sendo essas espiras todas iguais e de mesmo raio. Considerando que a bobina da figura abaixo tem resistência de R 8 , possui 6 espiras, o raio mede 10 cm, e ela é alimentada por um gerador de resistência interna de 2 e força eletromotriz de 50 V, a intensidade do vetor indução magnética no centro da bobina, no vácuo, vale: Dado: 7o 4 . 10 T.m / AɊ Ɏ (permeabilidade magnética no vácuo) 04178253905 04178253905 - vinicius marques Curso de Física para o ENEM 2016 Teoria e exercícios comentados Aula 27 – Magnetismo II – estrategiaenem – Prof. Vinícius Silva www.estrategiaconcursos.com.br Página 22 de 34 a) 52 . 10 TɎ b) 54 . 10 TɎ c) 56 . 10 TɎ d) 58 . 10 TɎ e) 59 . 10 TɎ Resposta: item C. Comentário: Calculando a corrente elétrica da bobina, de acordo com o que foi trabalhado nas aulas de circuitos elétricos: i V/ r R 50/ 2 8 50/10 5 A. O campo magnético de uma bobina com N espiras é dado por: 0 7 7 7 5 i B N 2R 5 6 x 4 10 x 0,2 120 10 0,2 600 .10 6 10 T ɊɎɎ ɎɎ 04178253905 04178253905 - vinicius marques Curso de Física para o ENEM 2016 Teoria e exercícios comentados Aula 27 – Magnetismo II – estrategiaenem – Prof. Vinícius Silva www.estrategiaconcursos.com.br Página 23 de 34 6. (Cps - 2012) Para vender a fundições que fabricam aço, as grandes indústrias de reciclagem separam o ferro de outros resíduos e, para realizar a separação e o transporte do ferro, elas utilizam grandes guindastes que, em lugar de possuírem ganchos em suas extremidades, possuem a) bobinas que geram corrente elétrica. b) bobinas que geram resistência elétrica. c) dínamos que geram campo magnético. d) eletroímãs que geram corrente elétrica. e) eletroímãs que geram campo magnético. Resposta: item E. Comentário: Os eletroímãs usam o efeito magnético da corrente elétrica para atrair metais ferromagnéticos, pois geram nas suas proximidades campos magnéticos que são capazes de gerar efeitos atrativos. 7. (Ufsm 2011) O campo magnético pode ser produzido pelo movimento de cargas elétricas ou, como ocorre nas ondas eletromagnéticas, pela variação do fluxo de campoelétrico local. Em qual das figuras a seguir está representado corretamente o campo magnético? 04178253905 04178253905 - vinicius marques Curso de Física para o ENEM 2016 Teoria e exercícios comentados Aula 27 – Magnetismo II – estrategiaenem – Prof. Vinícius Silva www.estrategiaconcursos.com.br Página 24 de 34 a) b) c) d) e) Resposta: item B. Comentário: No item A, de acordo com a regra da mão direita envolvente, vista na parte teórica do curso, temos que o sentido correto seria justamente o contrário em relação ao que foi mostrado na figura. No item C, também incorreto, temos o campo magnético paralelo ao fio, quando na verdade ele deve ser representado por círculos concêntricos. No item D, funciona como se a corrente convencional estivesse no sentido da direita para a esquerda e o campo gerado seria entrando no plano do papel. No item E, faltou o sentido do campo, que nesse caso seria o sentido horário, uma vez que a corrente está entrando no plano do papel. Finalmente, no item B, a corrente convencional (cargas positivas) estão se movimentando para a direita, ou seja, a corrente é saindo do plano do papel na parte superior e entrando no plano do papel na parte inferior. 8. (Ufpr 2011) Na segunda década do século XIX, Hans Christian Oersted demonstrou que um fio percorrido por uma corrente elétrica era capaz de causar uma perturbação na agulha de uma bússola. Mais tarde, André Marie Ampère obteve uma relação matemática para a intensidade do campo magnético produzido por uma corrente elétrica que circula em um fio condutor retilíneo. Ele mostrou que a intensidade do campo magnético depende da intensidade da corrente elétrica e da distância ao fio condutor. Com relação a esse fenômeno, assinale a alternativa correta. 04178253905 04178253905 - vinicius marques Curso de Física para o ENEM 2016 Teoria e exercícios comentados Aula 27 – Magnetismo II – estrategiaenem – Prof. Vinícius Silva www.estrategiaconcursos.com.br Página 25 de 34 a) As linhas do campo magnético estão orientadas paralelamente ao fio condutor. b) O sentido das linhas de campo magnético independe do sentido da corrente. c) Se a distância do ponto de observação ao fio condutor for diminuída pela metade, a intensidade do campo magnético será reduzida pela metade. d) Se a intensidade da corrente elétrica for duplicada, a intensidade do campo magnético também será duplicada. e) No Sistema Internacional de unidades (S.I.), a intensidade de campo magnético é A/m. Resposta: item A. Comentário: A intensidade do campo magnético produzido por um fio retilíneo é dado pela expressão 0iB 2 r . Observe que ela é diretamente proporcional à corrente elétrica. Sendo assim, se duplicarmos a corrente, duplicaremos também a intensidade do campo. 9. (Ufpb 2011) Os eletroímãs, formados por solenoides percorridos por correntes elétricas e um núcleo de ferro, são dispositivos utilizados por guindastes eletromagnéticos, os quais servem para transportar materiais metálicos pesados. Um engenheiro, para construir um eletroímã, utiliza um bastão cilíndrico de ferro de 2,0 metros de comprimento e o enrola com um fio dando 4 x106 voltas. Ao fazer passar uma corrente de 1,5 A pelo fio, um campo magnético é gerado no interior do solenoide, e a presença do núcleo de ferro aumenta em 1.000 vezes o valor desse campo. Adotando para a constante 0Ɋ o valor 4 Ɏ x 10−7 T.m/ A , é correto afirmar que, nessas circunstâncias, o valor da intensidade do campo magnético, no interior do cilindro de ferro, em tesla, é de: 04178253905 04178253905 - vinicius marques Curso de Física para o ENEM 2016 Teoria e exercícios comentados Aula 27 – Magnetismo II – estrategiaenem – Prof. Vinícius Silva www.estrategiaconcursos.com.br Página 26 de 34 a) 24 Ɏ x 102 b) 12 Ɏ x 102 c) 6 Ɏ x 102 d) 3 Ɏ x 102 e) Ɏ x 102 Resposta: item B Comentário: Uma questão simples, basta a aplicação da fórmula já vista na parte teórica do nosso curso: 0 N B 1000. . .iɊ 6 7 2 4x10 B 1000.4 .10 . .1,5 2 12 x10 T ɎɎ 10. (Unemat 2010) Segundo a experiência de Oersted, conclui-se que “toda corrente elétrica gera ao redor de si um campo magnético”, pode-se afirmar que as linhas do campo magnético, originadas por um condutor reto percorrido por uma corrente elétrica constante, são: a) linhas retas entrando no condutor. b) linhas paralelas ao condutor. c) circunferências concêntricas ao condutor, situadas em planos paralelos ao condutor. d) circunferências concêntricas ao condutor, situadas em planos perpendiculares ao condutor. e) linhas retas saindo do condutor. Resposta: item D Comentário: 04178253905 04178253905 - vinicius marques Curso de Física para o ENEM 2016 Teoria e exercícios comentados Aula 27 – Magnetismo II – estrategiaenem – Prof. Vinícius Silva www.estrategiaconcursos.com.br Página 27 de 34 Como ilustra a figura abaixo, as linhas de indução magnética são circunferências concêntricas ao condutor, situadas no plano perpendicular a ele. 11. (Ita 2009) A figura representa o campo magnético de dois fios paralelos que conduzem correntes elétricas. A respeito da força magnética resultante no fio da esquerda, podemos afirmar que ela: a) atua para a direita e tem magnitude maior que a da força no fio da direita. b) atua para a direita e tem magnitude igual à da força no fio da direita. c) atua para a esquerda e tem magnitude maior que a da força no fio da direita. d) atua para a esquerda e tem magnitude igual à da força no fio da direita. e) atua para a esquerda e tem magnitude menor que a da força no fio da direita. Resposta: item D. Comentário Devido às distorções nas linhas de campo entre os dois fios percebe-se a independência das linhas em torno de cada fio. A força deverá ter módulo único e atuação para a esquerda. i 04178253905 04178253905 - vinicius marques Curso de Física para o ENEM 2016 Teoria e exercícios comentados Aula 27 – Magnetismo II – estrategiaenem – Prof. Vinícius Silva www.estrategiaconcursos.com.br Página 28 de 34 12. (Udesc 2009) Um transformador possui 50 espiras no enrolamento primário e 200 espiras no secundário. Ao ligar o primário a uma bateria de tensão contínua e constante de 12 V, o valor da tensão de saída, no enrolamento secundário, é igual a: a) 12 V, pois a tensão de saída é igual à tensão de entrada. b) zero, pois o número de espiras do enrolamento secundário é maior do que o dobro do número de espiras do primário. c) zero, pois não há força eletromotriz induzida nas espiras do secundário. d) 72 V, pois a razão entre a tensão de saída e a tensão de entrada é igual à razão entre o número de espiras do enrolamento secundário e o número de espiras do enrolamento primário. e) 48 V, pois a razão entre a tensão de entrada e a tensão de saída é igual à razão entre o número de espiras do enrolamento primário e o número de espiras do enrolamento secundário. Resposta: item C. Comentário: O transformador somente funciona com corrente alternada, pois a corrente no secundário é induzida, devido à variação do fluxo magnético. Como a bateria fornece tensão constante ao primário, a corrente através dele é contínua, não havendo variação de fluxo magnético no secundário e, consequente, é nula a força eletromotriz nele induzida. 13. (VUNESP – SEED/DP – PROFESSOR DE FÍSICA) A figura representa uma bússola colocada sobre um condutor retilíneo ligado auma fonte de tensão contínua, com a chave C desligada. Nota-se que, nessa situação, a agulha da bússola mostra que a direção do campo magnético da Terra, ܤሬԦT, no local, coincide com a direção da reta que contém o condutor. 04178253905 04178253905 - vinicius marques Curso de Física para o ENEM 2016 Teoria e exercícios comentados Aula 27 – Magnetismo II – estrategiaenem – Prof. Vinícius Silva www.estrategiaconcursos.com.br Página 29 de 34 Num determinado momento, a chave é ligada e uma corrente contínua passa a percorrer esse condutor no mesmo sentido do campo magnético terrestre. Sabendo que o módulo do campo magnético gerado por essa corrente onde está colocada a bússola é igual ao módulo do campo magnético terrestre no local, assinale a alternativa que melhor representa a agulha da bússola depois da chave ligada. Resposta: item D. Comentário: Nessa questão você pode verificar que a corrente elétrica irá gerar um campo magnético ao redor do fio que irá deslocar a bússola na direção perpendicular ao fio e com sentido para fora do plano da página. Por outro lado, temos o campo magnético terrestre já representado na figura, o que implica dizer que o campo será o resultante deles, portanto na diagonal entre as duas direções. O que nos leva a marcar o item D como item correto para a questão. 14. (VUNESP – SEED/DP – PROFESSOR DE FÍSICA) Em uma importante experiência realizada em 1820, Oersted observou que a orientação da agulha de uma bússola ao lado de um fio sofria um desvio quando passava corrente elétrica pelo fio. A partir desse resultado, mostrou-se que um fio condutor retilíneo muito longo percorrido por corrente elétrica i produz um campo magnético circular em torno do fio, cujo módulo B em um ponto situado a distância r do fio é proporcional à corrente elétrica e é inversamente proporcional a r. A figura mostra um fio condutor longo perpendicular ao seu plano, percorrido por uma corrente elétrica saindo do papel. 04178253905 04178253905 - vinicius marques Curso de Física para o ENEM 2016 Teoria e exercícios comentados Aula 27 – Magnetismo II – estrategiaenem – Prof. Vinícius Silva www.estrategiaconcursos.com.br Página 30 de 34 Se a distância do fio ao ponto for duplicada e a corrente for reduzida a um terço de sua intensidade, a intensidade e o sentido do campo magnético serão (A) 2B/3; sentido anti-horário. (B) 2B/3; sentido horário. (C) B/3; sentido anti-horário. (D) B/6; sentido horário. (E) B/6; sentido anti-horário. Resposta: item A. Comentário: O campo magnético gerado nesta situação é dado por: 0. 2. . i B r Veja que o valor do campo magnético é inversamente proporcional à distância r, que o fio guarda do ponto considerado. Assim, se a distância for duplicada, então o campo vai reduzir-se à metade. Por outro lado, se a corrente for reduzida a um terço, então o campo vai também ser reduzido a um terço, uma vez que são diretamente proporcionais. Portanto, o campo vai fizer um terço do que era antes e o dobro do que era antes. Logo será 2/3 do que era antes das alterações de corrente e distância. O sentido não será alterado, uma vez que o sentido da corrente permanece o mesmo, ou seja, de acordo com a regra da mão direita, sentido anti- horário. 15. (FGV – PC/RJ – PERITO CRIMINAL) Considere uma espira circular de raio R, contida no plano do papel e pela qual passa uma corrente estacionária i no sentido anti-horário, como ilustra a figura. 04178253905 04178253905 - vinicius marques Curso de Física para o ENEM 2016 Teoria e exercícios comentados Aula 27 – Magnetismo II – estrategiaenem – Prof. Vinícius Silva www.estrategiaconcursos.com.br Página 31 de 34 Podemos afirmar que o campo magnético ܤሬԦ no centro da espira é (A) perpendicular ao plano do papel, apontando para fora e de módulo igual a ┢0i/(2R) (B) perpendicular ao plano do papel, apontando para dentro e de módulo igual a ┢0i/(2R) (C) perpendicular ao plano do papel, apontando para fora e de módulo igual a ┢0i/(2R2) (D) perpendicular ao plano do papel, apontando para dentro e de módulo igual a ┢0i/(2R2) (E) nulo Resposta: item A. Comentário: O campo magnético será perpendicular ao plano do papel. Com a regra da mão direita, podemos dizer que o campo será saindo do plano do papel. O módulo será dado pela fórmula já vista na parte teórica para as espiras. 0. 2. i B R 16. (CESGRANRIO – INNOVA – TÉCNICO DE OPERAÇÃO JÚNIOR) Quando um condutor elétrico é percorrido por uma corrente elétrica, em torno dele é gerado um campo magnético. A figura a seguir representa dois condutores percorridos por correntes com direção, respectivamente, para fora da folha de papel, e para dentro da folha de papel. 04178253905 04178253905 - vinicius marques Curso de Física para o ENEM 2016 Teoria e exercícios comentados Aula 27 – Magnetismo II – estrategiaenem – Prof. Vinícius Silva www.estrategiaconcursos.com.br Página 32 de 34 A representação correta das linhas de campo magnético gerado em torno dos condutores 1 e 2 é Resposta: item C. Comentário: Essa questão é bem simples, de acordo com o que vimos na parte teórica da aula, as linhas de campo serão circunferências concêntricas. O sentido de cada uma delas será dado de acordo com o sentido da corrente elétrica no condutor. A corrente subindo (condutor 1) vai gerar um campo magnético no sentido anti-horário, de acordo com a regra da mão direita. Por outro lado, o condutor 2, que possui corrente descendo, vai gerar um campo magnético no sentido horário. 17. (CESGRANRIO – PETROBRÁS – GEOFÍSICO) Duas espiras circulares E1 e E2 concêntricas e coplanares, com raios R1 = 0,5m e R2 = 0,25m, são percorridas pelas correntes i1 e i2, como indicado na figura acima. Considerando-se a corrente i1 = 10,0 A e a permeabilidade magnética do vácuo 4.10-7T.m/A , qual o valor da corrente i2, em unidade do Sistema Internacional, para que o campo magnético resultante no centro da espira seja nulo? 04178253905 04178253905 - vinicius marques Curso de Física para o ENEM 2016 Teoria e exercícios comentados Aula 27 – Magnetismo II – estrategiaenem – Prof. Vinícius Silva www.estrategiaconcursos.com.br Página 33 de 34 (A) 10,0 (B) 5,0 (C) 4,0 (D) 2,5 (E) 2,0 Resposta: item B. Comentário: O campo magnético de uma delas deverá anular o campo gerado pela outra. As correntes estão em sentidos contrários, o que garante que os campos serão em sentidos contrários, assim, 1 2 0 B B 1. 2 i 0 1.R 2 . 2 i 2 2 2 . 10 0,5 0, 25 5 R i i A 04178253905 04178253905 - vinicius marques Curso de Física para o ENEM 2016 Teoria e exercícios comentados Aula 27 – Magnetismo II – estrategiaenem – Prof. Vinícius Silva www.estrategiaconcursos.com.br Página 34 de 34 7. Gabarito 01. B 02. A 03. E 04. D 05. C 06. E 07. B 08. A 09. B 10. D 11. D 12. C 13. D 14. A 15. A 16. C 17. B 04178253905 04178253905 - vinicius marques
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