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Física Livre PARA BAIXAR MAIS MATERIAIS fisicalivre.com.br ELETROMAGNETISMO – CARGA ELÉTRICA EM CAMPO MAGNÉTICO AULA 9 Fluxo Magnético e Corrente Elétrica Induzida Fluxo Magnético Casos Específicos Caso Geral Outra relação importante é sobre o surgimento de corrente elétrica através da variação do fluxo de campo magnétio. Observe na figura abaixo que quando há movimento do ímã com relação ao enrolamento de fio, surge uma corrente elétrica. Quando o ímã está parado, não há corrente elétrica. Perceba também que dependendo do sentido do movimento a corrente muda de sentido. A regra para determinar o sentido da corrente está abaixo. Para determinar o valor da força eletromotriz induzida (“voltagem”), usamos a seguinte equação. Essa relação é conhecida como lei de Faraday-Lenz. 𝜀 = − ∆𝜙 ∆𝑡 Uma aplicação importante está relacionada com o uso de transformadores de tensão elétrica. É importante salientar que transformadores SÓ FUNCIONAM COM CORRENTE ALTERNADA! Abaixo temos uma figura de um transformador. Nele, um fio é enrolado em uma região de um núcleo de material ferromagnético, dando um número de voltas N1 e criando uma voltagem alternada V1. Isso faz com que seja estabelecido, graças à passagem de corrente elétrica nessa bobina, um campo magnético no metal. Como a corrente é variável, o campo magnético também o será. Isso gera uma variação do fluxo magnético em outra bobina, feita com outro fio enrolado com N2 voltas em outra região. A razão entre as voltagens é a mesma que entre o número de enrolamentos. Portanto, se um dos lados tiver 10 vezes mais espiras que o outro, a voltagem nesse lado será 10 vezes maior que no outro lado. Escrevendo matematicamente isso, temos que: 𝑉2 𝑉1 = 𝑁2 𝑁1 É importante salientar que o transformador não cria energia, ou seja, a quantidade de energia por segundo que há no enrolamento primário é a mesma que há no enrolamento secundário. Ou seja, a potência no primário é a mesma que no secundário. Matematicamente, 𝑃1 = 𝑃2 Como sabemos que podemos escrever que a Potência é o produto da voltagem e da corrente elétrica, podemos reescrever a relação acima da seguinte maneira. 𝑉1𝑖1 = 𝑉2𝑖2 Essa equação mostra que onde a voltagem é maior, a corrente elétrica será menor na mesma proporção. Por exemplo, se no primário a voltagem for 5 vezes maior que no secundário. A corrente elétrica será 5 vezes menor no primário que no secundário. EXERCÍCIOS 1. (Ufjf-pism 3 2017) Um anel metálico cai verticalmente devido ao seu peso em uma região de campo magnético constante saindo perpendicularmente ao plano da folha, de acordo com a figura abaixo. Assinale a alternativa CORRETA sobre a corrente induzida no anel. a) não existe corrente induzida no anel durante o percurso da queda, pois o campo é constante. b) a corrente induzida no anel é no sentido horário quando o anel entra na região do campo. c) a corrente induzida no anel é no sentido anti-horário quando o anel entra na região do campo. d) existe uma corrente induzida durante todo o instante de queda devido à variação da posição do anel em relação ao campo. e) existe uma corrente induzida somente quando o anel encontra-se totalmente imerso no campo. 2. (Ufrgs 2017) O observador, representado na figura, observa um ímã que se movimenta em sua direção com velocidade constante. No instante representado, o ímã encontra-se entre duas espiras condutoras, 1 e 2, também mostradas na figura. Examinando as espiras, o observador percebe que a) existem correntes elétricas induzidas no sentido horário em ambas espiras. b) existem correntes elétricas induzidas no sentido anti-horário em ambas espiras. c) existem correntes elétricas induzidas no sentido horário na espira 1 e anti- horário na espira 2. d) existem correntes elétricas induzidas no sentido anti-horário na espira 1 e horário na espira 2. e) existe apenas corrente elétrica induzida na espira 1, no sentido horário. TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Considere o campo gravitacional uniforme. 3. (Pucrs 2017) Sobre o fenômeno de indução eletromagnética, apresentam-se três situações: Situação 1: Uma espira condutora gira em torno do eixo indicado, enquanto um ímã encontra-se em repouso em relação ao mesmo eixo. Situação 2: Uma espira condutora encontra-se em repouso em relação a um circuito elétrico no qual uma lâmpada pisca com uma frequência constante. Situação 3: Uma espira condutora se encontra em repouso em relação a um fio condutor retilíneo, ligado a um circuito elétrico, no qual circula uma corrente elétrica i contínua e constante. Verifica-se uma corrente elétrica induzida na espira condutora na(s) situação(ões) a) 1, apenas. b) 3, apenas. c) 1 e 2, apenas. d) 2 e 3, apenas. e) 1, 2 e 3. 4. (Uerj 2016) Em uma loja, a potência média máxima absorvida pelo enrolamento primário de um transformador ideal é igual a 100 W. O enrolamento secundário desse transformador, cuja tensão eficaz é igual a 5,0 V, fornece energia a um conjunto de aparelhos eletrônicos ligados em paralelo. Nesse conjunto, a corrente em cada aparelho corresponde a 0,1 A. O número máximo de aparelhos que podem ser alimentados nessas condições é de: a) 50 b) 100 c) 200 d) 400 5. (Acafe 2016) Um estudante elaborou um projeto para sua aula de Física. Projetou um agasalho para esquentar e, com isso, aquecer as pessoas. Para tanto, colocou um pêndulo nas mangas do agasalho, para oscilar com o movimento dos braços, ligado a um gerador elétrico que, por sua vez, estava ligado a um circuito de condutores para converter energia elétrica em térmica. A figura a seguir mostra o agasalho com o detalhamento do gerador, ou seja, um imã que oscila próximo a uma bobina. Assim, analise as seguintes afirmações: ( ) A corrente elétrica produzida pelo gerador é contínua. ( ) O fenômeno que explica a geração de energia elétrica nesse tipo de gerador é a indução eletromagnética. ( ) A bobina provoca uma força magnética no imã que tenta impedir o movimento de oscilação do mesmo. ( ) A corrente induzida aparece porque um fluxo magnético constante atravessa a bobina. ( ) Toda energia mecânica do movimento dos braços é convertida em energia térmica para aquecimento da pessoa. A sequência correta, de cima para baixo, e: a) F – V – V – F – F b) V – V – V – F – F c) F – V – F – F – V d) V – F – F – V – F 6. (Pucpr 2016) O dispositivo tecnológico mostrado na figura a seguir é um gerador elétrico simples e sua criação é devido à aplicação da Lei de Faraday e da Lei de Lenz. Nesse dispositivo, a espira, imersa num campo magnético B, gira com velocidade angular ω em torno do eixo de rotação e está acoplada aos anéis coletores. Sobre esses anéis estão as escovas de carvão, que fornecem uma força eletromotriz ao circuito externo. O campo magnético entre os polos é uniforme e a área da espira é igual a A. Considerando o dispositivo da figura acima, é CORRETO afirmar que: a) o fluxo do campo magnético através da espira é constante. b) o sentido da corrente induzida na espira é horário e independe do tempo. c) a força eletromotriz induzida e produzida pelo gerador é alternada. d) a frequência de oscilação produzida pelo gerador e fornecida ao circuito externo é .ω e) o valor da força eletromotriz gerada é B .ω 7. (Efomm2016) Uma espira condutora retangular rígida move-se, com velocidade vetorial v constante, totalmente imersa numa região na qual existe um campo de indução magnética B, uniforme, constante no tempo, e perpendicular ao plano que contém tanto a espira como seu vetor velocidade. Observa-se que a corrente induzida na espira é nula. Podemos afirmar que tal fenômeno ocorre em razão de o a) fluxo de B ser nulo através da espira. b) vetor B ser uniforme e constante no tempo c) vetor B ser perpendicular ao plano da espira. d) vetor B ser perpendicular a v. e) vetor v ser constante. 8. (Ucs 2016) A Costa Rica, em 2015, chegou muito próximo de gerar 100% de sua energia elétrica a partir de fontes de energias renováveis, como hídrica, eólica e geotérmica. A lei da Física que permite a construção de geradores que transformam outras formas de energia em energia elétrica é a lei de Faraday, que pode ser melhor definida pela seguinte declaração: a) toda carga elétrica produz um campo elétrico com direção radial, cujo sentido independe do sinal dessa carga. b) toda corrente elétrica, em um fio condutor, produz um campo magnético com direção radial ao fio. c) uma carga elétrica, em repouso, imersa em um campo magnético sofre uma força centrípeta. d) a força eletromotriz induzida em uma espira é proporcional à taxa de variação do fluxo magnético em relação ao tempo gasto para realizar essa variação. e) toda onda eletromagnética se torna onda mecânica quando passa de um meio mais denso para um menos denso. 9. (Imed 2016) Para a indução de corrente elétrica em um solenoide, é utilizado um ímã em barra. Para tanto, são testadas as seguintes possibilidades: I. Movimenta-se o ímã com velocidade constante, mantendo o solenoide próximo e parado. II. Gira-se o ímã com velocidade angular constante, mantendo o solenoide próximo e parado. III. Movimenta-se o solenoide com velocidade constante, mantendo o ímã próximo e parado. IV. Movimenta-se ambos com velocidades iguais em módulo, direção e sentido. Dessas possibilidades, quais podem gerar corrente elétrica no solenoide? a) Apenas I e II. b) Apenas II e IV. c) Apenas III e IV. d) Apenas I, II e III. e) Apenas I, III e IV. 10. (Uefs 2016) Os ímãs, naturais ou artificiais, apresentam determinados fenômenos denominados de fenômenos magnéticos. Sobre esses fenômenos, é correto afirmar: a) A Lei de Lenz estabelece que o sentido da corrente induzida é tal que se opõe à variação de fluxo magnético através de um circuito que a produziu. b) Os pontos da superfície terrestre que possuem inclinação magnética máxima pertencem a uma linha chamada Equador Magnético. c) Sob a ação exclusiva de um campo magnético, o movimento de uma carga elétrica é retilíneo e uniformemente acelerado. d) Nas regiões em que as linhas de indução estão mais próximas, o campo magnético é menos intenso. e) As linhas de indução são, em cada ponto, perpendiculares ao vetor indução magnética. 11. (Upe-ssa 3 2016) A eletricidade facilita a vida de muitas pessoas. A única desvantagem é a quantidade de fios com que se tem de lidar, se houver problemas: se você precisa desligar determinada tomada, pode ter que percorrer uma grande quantidade de fios até encontrar o fio certo. Por isso, os cientistas tentaram desenvolver métodos de transmissão de energia sem fio, o que facilitaria o processo e lidaria com fontes limpas de energia. A ideia pode soar futurista, mas não é nova. Nicola Tesla propôs teorias de transmissão sem fio de energia, no fim dos anos 1800 e começo de 1900. Uma de suas demonstrações energizava remotamente lâmpadas no chão de sua estação de experimentos em Colorado Springs. O trabalho de Tesla era impressionante, mas não gerou imediatamente métodos práticos de transmissão de energia sem fio. Desde então, os pesquisadores desenvolveram diversas técnicas para transferir eletricidade através de longas distâncias, sem utilizar fios. Algumas técnicas só existem em teoria ou protótipos, mas outras já estão em uso. Fonte: http://ciencia.hsw.uol.com.br/eletricidade-sem-fio.htm (Adaptado) Atualmente, muitos dispositivos eletrônicos têm suas baterias carregadas pelo processo de indução eletromagnética, baseado nos estudos realizados por Tesla há vários anos. Diversos celulares utilizam uma base que produz um campo magnético, capaz de atravessar uma espira resistiva instalada no celular. Um modelo simples é mostrado na figura a seguir. Sabendo que o campo da figura aponta para dentro do plano da página, que a área da espira é igual a 24,0 cm e que sua resistência é igual a 0,5 m , determine a variação de campo magnético produzida pela base, para que uma corrente induzida de 140 mA atravesse a espira. a) 175 mT s b) 350 mT s c) 450 mT s d) 525 mT s e) 700 mT s 12. (Acafe 2015) A principal aplicação da Indução Magnética, ou Eletromagnética, e a sua utilização na obtenção de energia. Podem-se produzir pequenas f.e.m. com um experimento bem simples. Considere uma espira quadrada com 0,4 m de lado que está totalmente imersa num campo magnético uniforme (intensidade 2B 5,0 wb / m )= e perpendicular as linhas de indução. Girando a espira até que ela fique paralela as linhas de campo. Sabendo-se que a espira acima levou 0,2 segundos para ir da posição inicial para a final, a alternativa correta que apresenta o valor em módulo da f.e.m. induzida na espira, em volts, é: a) 1,6 b) 8 c) 4 d) 0,16 13. (Ufsm 2015) O crescimento populacional e as inovações tecnológicas do século XX criaram uma grande demanda de energia elétrica. Para produzi-la, escavamos o chão em busca de carvão ou óleo para alimentar as usinas termelétricas, extraímos, enriquecemos e fissionamos urânio para aquecer a água nas usinas nucleares, inundamos grandes extensões de terra para armazenar a água que move as turbinas das hidrelétricas, ou erguemos torres com imensos cata-ventos para utilizarmos a energia eólica. Em comum, todas essas formas de produção de energia elétrica baseiam-se na lei da indução de Faraday, descoberta ainda no século XIX, a qual expressa o fato de que a) o aquecimento de uma bobina condutora induz o movimento de agitação térmica dos elétrons do condutor. b) o movimento de rotação de uma bobina condutora induz uma força mecânica que movimenta os elétrons do condutor. c) o movimento de rotação de uma bobina condutora induz uma força eletromotriz que movimenta os elétrons do condutor. d) a variação do fluxo elétrico através de uma bobina condutora induz uma força eletromotriz que movimenta os elétrons do condutor. e) a variação do fluxo magnético através de uma bobina condutora induz uma força eletromotriz que movimenta os elétrons do condutor. 14. (Ufrgs 2015) Um capo magnético uniforme B atravessa perpendicularmente o plano do circuito representado abaixo, direcionado pera fora desta página. O fluxo desse campo através do circuito aumenta à taxa de 1Wb / s. Nessa situação, a leitura do amperímetro A apresenta em ampères, a) 0,0. b) 0,5. c) 1,0. d) 1,5. e) 2,0. 15. (Ufpr 2015) Michael Faraday foi um cientista inglês que viveu no século XIX. Através de suas descobertas foram estabelecidas as bases do eletromagnetismo, relacionando fenômenos da eletricidade, eletroquímica e magnetismo. Suas invenções permitiram o desenvolvimento dogerador elétrico, e foi graças a seus esforços que a eletricidade tornou-se uma tecnologia de uso prático. Em sua homenagem uma das quatro leis do eletromagnetismo leva seu nome e pode ser expressa como: t Δ ε Δ = onde ε é a força eletromotriz induzida em um circuito, é o fluxo magnético através desse circuito e t é o tempo. Considere a figura abaixo, que representa um ímã próximo a um anel condutor e um observador na posição O. O ímã pode se deslocar ao longo do eixo do anel e a distância entre o polo norte e o centro do anel é d. Tendo em vista essas informações, identifique as seguintes afirmativas como verdadeiras (V) ou falsas (F): ( ) Mantendo-se a distância d constante se observará o surgimento de uma corrente induzida no anel no sentido horário. ( ) Durante a aproximação do ímã à espira, observa-se o surgimento de uma corrente induzida no anel no sentido horário. ( ) Durante o afastamento do ímã em relação à espira, observa-se o surgimento de uma corrente induzida no anel no sentido horário. ( ) Girando-se o anel em torno do eixo z, observa-se o surgimento de uma corrente induzida. Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta, de cima para baixo. a) F – F – V – V. b) F – V – F – V. c) V – V – F – F. d) V – F – V – V. e) F – F – V – F. 16. (Ita 2014) Considere um imã cilíndrico vertical com o polo norte para cima, tendo um anel condutor posicionado acima do mesmo. Um agente externo imprime um movimento ao anel que, partindo do repouso, desce verticalmente em torno do imã e atinge uma posição simétrica à original, iniciando, logo em seguida, um movimento ascendente e retornando à posição inicial em repouso. Considerando o eixo de simetria do anel sempre coincidente com o do imã e sendo positiva a corrente no sentido anti-horário (visto por um observador de cima), o gráfico que melhor representa o comportamento da corrente induzida i no anel é a) b) c) d) e) 17. (Upe 2014) Uma bobina, formada por 5 espiras que possui um raio igual a 3,0 cm é atravessada por um campo magnético perpendicular ao plano da bobina. Se o campo magnético tem seu módulo variado de 1,0 T até 3,5 T em 9,0 ms, é CORRETO afirmar que a força eletromotriz induzida foi, em média, igual a a) 25 mV b) 75 mV c) 0,25 V d) 1,25 V e) 3,75 V 18. (Ufsm 2014) A tecnologia das grandes usinas hidroelétricas depende de extensas linhas de transmissão. As linhas de transmissão usualmente transportam energia elétrica em __________ tensão. O transformador é um dispositivo que permite transformar baixa tensão e __________ corrente em alta tensão e __________ corrente e vice-versa. No transformador, o fluxo magnético associado ao campo criado pela corrente __________ no primário gera uma corrente no secundário, conforme a lei de Faraday. A alternativa que completa, corretamente, as lacunas é a) alta – alta – baixa – contínua. b) alta – baixa – alta – alternada. c) baixa – baixa – baixa – contínua. d) alta – alta – baixa – alternada. e) baixa – baixa – alta – contínua. 19. (Uern 2013) A corrente elétrica induzida em uma espira, ao se aproximar e afastar com velocidade constante um imã na direção do seu eixo, conforme indicado na figura a seguir, é a) contínua e se opõe à variação do fluxo magnético que a originou. b) alternada e se opõe à variação do fluxo magnético que a originou. c) contínua e ocorre a favor da variação do fluxo magnético que a originou. d) alternada e ocorre a favor da variação do fluxo magnético que a originou. 20. (Esc. Naval 2013) Analise a figura a seguir. O gráfico da figura acima registra a variação do fluxo magnético, ,Φ através de uma bobina ao longo de 5 segundos. Das opções a seguir, qual oferece o gráfico da f.e.m induzida, ,ε em função do tempo? a) b) c) d) e) 21. (Ufrgs 2012) A figura abaixo representa três posições, P1, P2 e P3, de um anel condutor que se desloca com velocidade v constante numa região em que há um campo magnético B, perpendicular ao plano da página. Com base nestes dados, é correto afirmar que uma corrente elétrica induzida no anel surge a) apenas em P1. b) apenas em P3. c) apenas em P1 e P3. d) apenas em P2 e P3. e) em P1, P2 e P3. 22. (Uel 2012) Em uma usina hidrelétrica, a água do reservatório é guiada através de um duto para girar o eixo de uma turbina. O movimento mecânico do eixo, no interior da estrutura do gerador, transforma a energia mecânica em energia elétrica que chega até nossas casas. Com base nas informações e nos conhecimentos sobre o tema, é correto afirmar que a produção de energia elétrica em uma usina hidrelétrica está relacionada a) à indução de Faraday. b) à força de Coulomb. c) ao efeito Joule. d) ao princípio de Arquimedes. e) ao ciclo de Carnot. 23. (Epcar (Afa) 2011) A figura abaixo mostra um ímã AB se deslocando, no sentido indicado pela seta, sobre um trilho horizontal envolvido por uma bobina metálica fixa. Nessas condições, é correto afirmar que, durante a aproximação do ímã, a bobina a) sempre o atrairá. b) sempre o repelirá. c) somente o atrairá se o polo A for o Norte. d) somente o repelirá se o polo A for o Sul. 24. (Udesc 2011) A Figura ilustra uma espira condutora circular, próxima de um circuito elétrico inicialmente percorrido por uma corrente “i” constante; “S” é a chave desse circuito. É correto afirmar que: a) haverá corrente elétrica constante na espira enquanto a chave “S” for mantida fechada. b) não haverá uma corrente elétrica na espira quando ela se aproximar do circuito, enquanto a chave “S” estiver fechada. c) haverá uma corrente elétrica na espira quando a chave “S” for repentinamente aberta. d) haverá corrente elétrica constante na espira quando a chave “S” estiver aberta e assim permanecer. e) haverá uma corrente elétrica constante na espira quando ela for afastada do circuito, após a chave “S” ter sido aberta. 25. (Ufrgs 2011) Observe a figura abaixo. Esta figura representa dois circuitos, cada um contendo uma espira de resistência elétrica não nula. O circuito A está em repouso e é alimentado por uma fonte de tensão constante V. O circuito B aproxima-se com velocidade constante de módulo v, mantendo-se paralelos os planos das espiras. Durante a aproximação, uma força eletromotriz (f.e.m.) induzida aparece na espira do circuito B, gerando uma corrente elétrica que é medida pelo galvanômetro G. Sobre essa situação, são feitas as seguintes afirmações. I. A intensidade da f.e.m. induzida depende de v. II. A corrente elétrica induzida em B também gera campo magnético. III. O valor da corrente elétrica induzida em B independe da resistência elétrica deste circuito. Quais estão corretas? a) Apenas I. b) Apenas II. c) Apenas III. d) Apenas I e II. e) I, II e III. 26. (Enem 2011) O manual de funcionamento de um captador de guitarra elétrica apresenta o seguinte texto: Esse captador comum consiste de uma bobina, fios condutores enrolados em torno de um ímã permanente. O campo magnético do ímã induz o ordenamento dos polos magnéticos na corda da guitarra, que está próxima a ele. Assim, quando a corda é tocada, as oscilações produzem variações, com o mesmo padrão, no fluxo magnético que atravessa a bobina. Isso induz uma corrente elétrica na bobina, que é transmitida até o amplificador e, daí, para o alto- falante. Um guitarristatrocou as cordas originais de sua guitarra, que eram feitas de aço, por outras feitas de náilon. Com o uso dessas cordas, o amplificador ligado ao instrumento não emitia mais som, porque a corda de náilon a) isola a passagem de corrente elétrica da bobina para o alto-falante. b) varia seu comprimento mais intensamente do que ocorre com o aço. c) apresenta uma magnetização desprezível sob a ação do ímã permanente. d) induz correntes elétricas na bobina mais intensas que a capacidade do captador. e) oscila com uma frequência menor do que a que pode ser percebida pelo captador. 27. (Fuvest 2010) Aproxima-se um ímã de um anel metálico fixo em um suporte isolante, como mostra a figura. O movimento do ímã, em direção ao anel, a) não causa efeitos no anel. b) produz corrente alternada no anel. c) faz com que o polo sul do ímã vire polo norte e vice versa. d) produz corrente elétrica no anel, causando uma força de atração entre anel e ímã. e) produz corrente elétrica no anel, causando uma força de repulsão entre anel e ímã. 28. (G1 - cftmg 2006) Um aluno desenhou as figuras 1, 2, 3 e 4, indicando a velocidade do ímã em relação ao anel de alumínio e o sentido da corrente nele induzida, para representar um fenômeno de indução eletromagnética. A alternativa que representa uma situação fisicamente correta é a) 1 b) 2 c) 3 d) 4 29. (Pucpr 2005) Um ímã natural está próximo a um anel condutor, conforme a figura. Considere as proposições: I. Se existir movimento relativo entre eles, haverá variação do fluxo magnético através do anel e corrente induzida. II. Se não houver movimento relativo entre eles, existirá fluxo magnético através do anel, mas não corrente induzida. III. O sentido da corrente induzida não depende da aproximação ou afastamento do ímã em relação ao anel. Estão corretas: a) todas b) somente III c) somente I e II d) somente I e III e) somente II e III 30. (Pucrs 2004) Num transformador de perdas de energia desprezíveis, os valores eficazes da corrente e da tensão, no primário, são respectivamente 2,00A e 80,0V, e no secundário, o valor eficaz da corrente é de 40,0A. Portanto, o quociente entre o número de espiras no primário e o número de espiras no secundário, e a tensão no secundário são, respectivamente, a) 40 e 40,0V b) 40 e 20,0V c) 20 e 20,0V d) 20 e 4,0V e) 10 e 2,0V 31. (Ufrgs 2001) A figura a seguir representa as espiras I e II, ambas com a mesma resistência elétrica, movendo-se no plano da página com velocidades de mesmo módulo, em sentidos opostos. Na mesma região, existe um campo magnético uniforme que aponta perpendicularmente para dentro da página, cuja intensidade está aumentando à medida que o tempo decorre. Selecione a alternativa que preenche corretamente as lacunas no parágrafo a seguir. A intensidade da corrente induzida na espira I é.......... que a intensidade da corrente induzida na espira II, e as duas correntes têm .......... . a) a mesma - sentidos opostos b) a mesma - o mesmo sentido c) menor - sentidos opostos d) maior - sentidos opostos e) maior - o mesmo sentido 32. (Uel 1998) Um ímã, em forma de barra, atravessa uma espira condutora retangular ABCD, disposta verticalmente, conforme a figura a seguir. Nessas condições, é correto afirmar que, na espira, a) não aparecerá corrente elétrica induzida nem quando o ímã se aproxima e nem quando se afasta da espira. b) tem-se um corrente elétrica induzida, no sentido de A para B, apenas quando o ímã se aproxima da espira. c) tem-se uma corrente elétrica induzida, no sentido de A para B, tanto quando o ímã se aproxima como quando se afasta da espira. d) tem-se uma corrente elétrica induzida, no sentido de B para A, tanto quando o ímã se aproxima como quando se afasta da espira. e) tem-se um corrente elétrica induzida, no sentido de A para B, apenas quando o ímã se afasta de espira. GABARITO Resposta da questão 1: [B] Enquanto o anel está entrando no campo magnético, o fluxo magnético através dele aumenta. Pela lei de Lenz, surge uma corrente induzida que gera um fluxo induzido em sentido oposto, na tendência de anular a variação do fluxo indutor. Como o fluxo indutor está saindo ( ), o fluxo induzido está entrando ( ). Aplicando a regra da mão direita nº 1, conclui-se que a corrente induzida é no sentido horário, para um observador colocado como na figura. Resposta da questão 2: [C] A resolução desta questão envolve o conhecimento da lei de Lenz da indução eletromagnética. Na espira 1, ao aproximar o polo norte do imã, estamos aumentando o fluxo magnético , então surge na espira uma corrente induzida no sentido horário que se opõe ao aumento do fluxo magnético na espira, produzindo um campo magnético contrário ao do imã. Para a espira 2 ocorre o contrário surgindo uma corrente induzida no sentido anti-horário. Resposta da questão 3: [C] A corrente elétrica induzida aparece na espira circular quando há variação do campo magnético na espira podendo ser realizado por movimentos relativos entre a espira e um imã ou ainda por variação da corrente em um circuito próximo à espira. Portanto, as situações 1 e 2 contemplam essa possibilidade. Resposta da questão 4: [C] Em um transformador, a potência no primário é igual a potência no secundário. Logo, 1 2 2 2 2 2 P P 100 V i 100 i 5 i 20 A = = = = Como os aparelhos estão ligados em paralelo e todos requerem uma corrente de api 0,1A,= pela Lei de Kirchhoff, sabemos que a corrente irá se dividir igualmente para cada um dos aparelhos. Desta forma, podemos calcular o número de aparelhos (n) que podem ser alimentados conforme cálculo a seguir: 2 ap i 20 n i 0,1 n 200 aparelhos = = = Resposta da questão 5: [A] [F] Com o imã oscilando próximo a uma bobina, temos variação do campo magnético e geração de corrente alternada induzida. [V] Haverá indução da corrente elétrica no circuito devido ao movimento oscilatório dos imãs. [V] Este fenômeno é conhecido pela Lei de Lenz: a corrente induzida gerada pelo movimento do imã gera um campo magnético que se opõe ao do imã, tentando anular a ação deste. [F] Quando o fluxo magnético é constante, não temos geração de corrente induzida. [F] Somente parte da energia mecânica do movimento dos braços é convertida em energia térmica, há perdas de energia, pois se sabe da Termodinâmica que não existe máquina térmica com eficiência de 100%. Resposta da questão 6: [C] [A] Incorreta. Porque o fluxo do campo magnético varia conforme a direção do vetor normal à superfície da espira, ou seja, B ABcos .Φ θ= [B] Incorreta. Pois, a frequência da corrente induzida será alternada devido à variação do fluxo do campo magnético que ora aumenta, ora diminui. [C] Correta. Durante um ciclo, a força eletromotriz é inicialmente nula para a posição em que se encontra; depois de 1 4 de volta atinge um valor máximo maxε+ e depois de 1 2 volta é zero novamente. 3 4 de volta depois, atinge o valor maxε− e ao completar a volta atinge o valor zero mais uma vez. Assim, a força eletromotriz induzida oscila conforme a função senoide entre os valores max,ε portanto, de forma alternada. [D] Incorreta. Porque a frequência de oscilação da rede (f ) é dada em ciclo por segundo ou Hz e vale f . 2 ω π = [E] Incorreta. O valor da força eletromotrizvaria de maxε− a maxε+ e, portanto, não é constante e nem varia B .ω Resposta da questão 7: [B] O fato de não haver corrente induzida na espira, indica que não existe variação do fluxo magnético sobre a espira e, portanto, não aparecem correntes induzidas na mesma. Sendo constantes a posição da espira e o ângulo entre os vetores indução magnética e a normal à superfície, não havendo corrente induzida, então o vetor indução magnética B deve ser constante e uniforme em todo o deslocamento da espira. Está correta a alternativa [B]. Resposta da questão 8: [D] Uma f.e.m. será induzida ao longo de uma espira fechada se o fluxo magnético através da mesma sofrer variação. O módulo da f.e.m. é dado por: t Δφ ε Δ = − e seu sentido é tal que produza uma corrente induzida no sentido dado pela lei de Lenz. Resposta da questão 9: [D] Haverá corrente induzida no solenoide se houver movimento relativo entre o imã e o solenoide, provocando variação no campo magnético interno ao solenoide, produzindo-se assim, a corrente induzida no mesmo. O único item em que não há movimento relativo entre os dois é o da afirmativa [IV], sendo falsa. As restantes afirmativas são verdadeiras e, portanto a alternativa [D] é correta. Resposta da questão 10: [A] A lei de Lenz estabelece que sempre que há variação do fluxo magnético através de um percurso fechado, uma espira, por exemplo, surge uma corrente elétrica induzida que gera um fluxo induzido na tendência de anular a variação do fluxo indutor. Resposta da questão 11: [A] f i f i 3 3 f i f i 4 2 3 f i f i f i tA (B B ) (B B ) t t A r i r i t 0,5 10 140 10 t (B B ) (B B ) A 4.10 Considerando t 1 (B B ) 17,5 10 (B B ) 175 10 (B B ) 175 mT / s ε ΔΔΦ ε ε Δ Δ ε Δ Δ Δ − − − − − − = = − = = − = − = = − = − = − = Resposta da questão 12: [C] Sabendo que: o t t θ θΔθ ε Δ Δ − = = Então, calculando os valores dos fluxos em ambas as situações, é possível calcular a f.e.m. induzida na espira. ( ) ( )o o B A cos 0 5 0,4 0,4 1 0,8 Wb θ θ = = = ( ) ( )B A cos 90 5 0,4 0,4 0 0 Wb θ θ = = = Assim, 0 0,8 0,2 4 V ε ε − = = Resposta da questão 13: [E] A lei de Faraday-Neümann nos dá que a força eletromotriz induzida é a variação do fluxo magnético através da espira, em relação ao tempo. Resposta da questão 14: [C] A força eletromotriz induzida é dada pela taxa de variação do fluxo magnético, relativamente ao tempo. Então, a variação de 1 Wb/s corresponde a 2E 1 V.= Pelas regras práticas do eletromagnetismo (mão direita/mão esquerda), a corrente induzida 2(i ) tem sentido oposto ao da corrente eletrodinâmica 1(i ) gerada pela bateria de força eletromotriz 1E 3 V.= Assim, a corrente resultante é a diferença entre essas correntes, como indicado na figura. 1 1 1 1 1 2 2 2 2 1 E R i 3 2 i i 1,5 A i i i 1,5 0,5 E R i 1 2 i i 0,5 A i 1 A. = = = = − = − = = = = Resposta da questão 15: [A] Falsa. Para que surja uma corrente induzida no anel, é necessário que haja um movimento relativo entre imã e espira e consequentemente uma variação de fluxo magnético. Falsa. De acordo com a Lei de Lenz, quando se aproxima um imã de uma espira, surgirá uma corrente elétrica circulando nesta espira que por sua vez criará um campo magnético no entorno da espira de forma que este irá se opor ao campo magnético que originou a corrente elétrica. Assim, podemos dizer que no centro da espira surgirá um “polo magnético” Norte para se opor ao movimento de aproximação do imã. Pela Regra da mão direita, podemos chegar que a corrente induzida no anel será no sentido anti-horário. Verdadeira. Pela mesma explicação do item acima. Verdadeira. Pois com o este movimento haverá uma variação do fluxo magnético. Resposta da questão 16: [C] De acordo com a lei de Lenz, a corrente induzida sempre gera um fluxo induzido na tendência de anular a variação do fluxo indutor. Assim: quando o fluxo indutor aumenta, o fluxo induzido tem sentido oposto e, quando o fluxo indutor diminui, o fluxo induzido tem o mesmo sentido. Tendo o sentido do fluxo induzido, aplicando a regra da mão direita, encontra- se o sentido da corrente induzida no anel. Nas posições de inversão de sentido do movimento do anel, não há variação do fluxo indutor, portanto o fluxo induzido é nulo, sendo também nula a corrente induzida. As figuras a seguir mostram o observador vendo, de cima, o movimento do anel. Na FIGURA I o anel está descendo. - Na posição (1), o fluxo indutor está aumentando: o fluxo induzido é oposto e a corrente induzida tem sentido horário. - Na posição (2), ocorre simetria em relação ao plano do anel, portanto a corrente induzida é nula. - Na posição (3), o fluxo indutor está diminuindo: o fluxo induzido é no mesmo sentido e a corrente induzida tem sentido anti-horário. A FIGURA II o anel está subindo. - Na posição (4), o fluxo indutor está aumentando: o fluxo induzido é oposto e a corrente induzida tem sentido horário. - Na posição (5), ocorre simetria em relação ao plano do anel, portanto a corrente induzida é nula. - Na posição (6), o fluxo indutor está diminuindo: o fluxo induzido é no mesmo sentido e a corrente induzida tem sentido anti-horário. Assim, durante o ciclo, o comportamento da corrente induzida é: Descida: nulo → pico negativo → nulo → pico positivo → nulo; Subida: nulo → pico negativo → nulo → pico positivo → nulo. Essa é a sequência ilustrada na alternativa [C]. Resposta da questão 17: [E] Dados: 2 3n 5; r 3cm 3 10 m; B (3,5 1) 2,5T; t 9ms 9 10 s; 3.Δ Δ π− −= = = = − = = = = A força eletromotriz média (Em) é dada pela variação do fluxo magnético ( )ΔΦ em relação ao tempo ( t).Δ ( ) 2 22 4 m 3 3 m 2,5 3 3 10B A B r 5 2,5 3 9 10 E n n 5 t t t 9 10 9 10 E 3,75 V. Δ Δ πΔΦ Δ Δ Δ − − − − = = = = = = Resposta da questão 18: [D] As linhas de transmissão usualmente transportam energia elétrica em alta tensão e baixa corrente para evitar perdas excessivas por efeito Joule ao longo da transmissão. Antes da distribuição, é necessário, então, o emprego de transformadores, equipamentos que permitem transformar baixa tensão e alta corrente em alta tensão e baixa corrente e vice-versa. Essa transformação somente pode ocorrer com corrente alternada, de acordo com o processo da indução eletromagnética. Resposta da questão 19: [B] De acordo com a Lei de Lenz, a corrente induzida é num sentido tal, que gere um fluxo induzido na tendência de anular o fluxo indutor. Assim: - quando o ímã se aproxima, aumenta o fluxo magnético está entrando na espira. Pela regra da mão direita nº 1 (regra do saca-rolha) surge na espira corrente (i) no sentido anti-horário para o observador O. - quando o ímã se afasta, diminui o fluxo magnético entrando na espira. Aplicando a mesma regra, conclui-se que a corrente inverte o sentido, sendo, portanto, corrente alternada. Resposta da questão 20: [B] Comparando o gráfico dado com a variação do fluxo magnético Φ com o tempo e a expressão para variação linear do fluxo com a força eletromotriz ,ε temos: t ΔΦ ε Δ = − Comparando os possíveis sinais de εnos intervalos de tempo em que temos retas, podemos avaliar: - Quando 0,ΔΦ obrigatoriamente 0ε (isto ocorre entre 0 e 1 s e entre 4 e 5 s); - Quando 0,ΔΦ = obrigatoriamente 0ε = (isto ocorre entre 1 e 2 s); - Quando 0,ΔΦ obrigatoriamente 0ε (isto ocorre entre 2 e 4 s); Portanto, o gráfico que representa corretamente a força eletromotriz é o da alternativa [B]. Resposta da questão 21: [C] Para haver corrente elétrica induzida, deve haver variação do fluxo magnético através do anel. Isso só ocorre enquanto ele está entrando ou saindo da região em que há campo magnético, ou seja, apenas em P1 e P3. Resposta da questão 22: [A] O eixo da turbina gira no interior de um campo magnético provocado por grandes ímãs. Ao girar, ocorre variação do fluxo magnético, gerando força eletromotriz induzida, de acordo com a lei de Faraday-Neumann. Resposta da questão 23: [B] Durante a aproximação do ímã, o fluxo magnético através da bobina aumenta. Pela lei de Lenz, se o fluxo aumenta, a bobina cria outro fluxo, induzido, em sentido oposto, repelindo o ímã, na tendência de anular esse aumento. Resposta da questão 24: [C] Observe a figura abaixo: A espira é atravessada por um campo magnético cuja intensidade depende da corrente elétrica que passa no circuito, da proximidade entre a espira e o circuito e do ângulo entre o plano da espira e o plano do circuito. A passagem do campo pela espira provoca um fluxo magnético ( )B.A.cos = . Se este fluxo for alterado, aparecerá uma corrente elétrica na espira. Este fenômeno ocorrerá em três situações: ao ligar ou desligar a chave. ao afastar ou aproximar a espira do circuito. ao girar a espira. Resposta da questão 25: [D] I. Correto, pois a fem depende da variação temporal do fluxo através da espira B e, portanto, depende da velocidade. II. Correto: se há uma fem induzida, haverá corrente elétrica que irá produzir um campo magnético. III. Errado: a corrente depende da resistência: fem i R = . Resposta da questão 26: [C] De acordo com o enunciado: “O campo magnético do ímã induz o ordenamento dos polos magnéticos na corda da guitarra...”. Trocando-se as cordas de aço (material ferromagnético) por cordas de nylon, o efeito de magnetização torna-se muito fraco, desprezível, não enviando sinais ao amplificador. Resposta da questão 27: [E] A aproximação do ímã provoca variação do fluxo magnético através do anel. De acordo com a Lei de Lenz, sempre que há variação do fluxo magnético, surge no anel uma corrente induzida. Essa corrente é num sentido tal que produz no anel uma polaridade que tende a ANULAR a causa que lhe deu origem, no caso, o movimento do ímã. Como está sendo aproximado o polo norte, surgirá na face do anel frontal ao ímã, também um polo norte, gerando uma força de repulsão entre eles. Resposta da questão 28: [D] Resposta da questão 29: [C] Resposta da questão 30: [D] Resposta da questão 31: [E] Resposta da questão 32: [E]
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