Lista Física III_Magnetismo

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Lista 6 Magnetismo – Física III
Prof Frare
 
1. Para que se possa efetuar a reciclagem do lixo, antes é necessário separá-lo. Uma dessas etapas, quando não se faz a coleta seletiva, é colocar o lixo sobre uma esteira, para que passe, por exemplo, por um imã. Esse processo permite que sejam separados materiais magnéticos, como o metal 
a) alumínio. 
b) ferro. 
c) cobre. 
d) zinco. 
e) magnésio. 
 
2. Pela primeira vez, cientistas detectaram a presença de partículas de poluição que interferem no funcionamento do cérebro, podendo inclusive ser uma das causas de Alzheimer. A conexão entre esses materiais e o mal de Alzheimer ainda não é conclusiva.
Um desses materiais poluentes encontrados no cérebro é a magnetita, um óxido de ferro que constitui um ímã natural.
<http://tinyurl.com/hzvm3fh> Acesso em: 30.09.16. Adaptado.
Sobre o óxido citado no texto, é correto afirmar que ele apresenta 
a) dois polos magnéticos: norte e sul, e ambos atraem o ferro. 
b) dois polos magnéticos: norte e sul, mas apenas o polo sul atrai o ferro. 
c) dois polos magnéticos: norte e sul, mas apenas o polo norte atrai o ferro. 
d) quatro polos magnéticos: norte, sul, leste e oeste, e todos atraem o ferro. 
e) quatro polos magnéticos: norte, sul, leste e oeste, mas apenas o norte e o sul atraem o ferro. 
 
3. As cartas magnéticas, muito utilizadas em Geografia, áreas da Engenharia e Ciências, servem para orientação, tanto no campo dos estudos topográficos, navegações aéreas e marítimas, como também no campo econômico, já que grande concentração de minerais ou petróleo pode provocar alterações magnéticas na região. Sobre os fenômenos magnéticos, assinale o que for correto. 
01) O planeta Terra apresenta campo magnético natural. Sob a influência do campo magnético terrestre, é possível utilizar uma bússola como referência de orientação. 
02) Em um imã, chama-se de polo norte magnético a extremidade que se orienta para o Polo Norte geográfico terrestre. A outra extremidade que se orienta para o Polo Sul geográfico terrestre, chama-se de polo sul magnético. 
04) O fenômeno da "inseparabilidade dos polos" só foi observado em materiais ferromagnéticos. 
08) A temperatura de Curie é a temperatura na qual um material perde todas as suas propriedades ferromagnéticas. 
 
4. 
A ideia de linhas de campo magnético foi introduzida pelo físico e químico inglês Michael Faraday (1791-1867) para explicar os efeitos e a natureza do campo magnético. Na figura a seguir, extraída do artigo “Pesquisas Experimentais em Eletricidade”, publicado em 1852, Faraday mostra a forma assumida pelas linhas de campo com o uso de limalha de ferro espalhada ao redor de uma barra magnética. 
Sobre campo magnético, é CORRETO afirmar que: 
01) o vetor campo magnético em cada ponto é perpendicular à linha de campo magnético que passa por este ponto. 
02) as linhas de campo magnético são contínuas, atravessando a barra magnética. 
04) as linhas de campo magnético nunca se cruzam. 
08) por convenção, as linhas de campo magnético “saem” do polo sul e “entram” no polo norte. 
16) as regiões com menor densidade de linhas de campo magnético próximas indicam um campo magnético mais intenso. 
32) quebrar um ímã em forma de barra é uma maneira simples de obter dois polos magnéticos isolados. 
64) cargas elétricas em repouso não interagem com o campo magnético. 
 
5. Analise as proposições relacionadas às linhas de campo elétrico e às de campo magnético. 
I. As linhas de força do campo elétrico se estendem apontando para fora de uma carga pontual positiva e para dentro de uma carga pontual negativa. 
II. As linhas de campo magnético não nascem nem morrem nos ímãs, apenas atravessam-nos, ao contrário do que ocorre com os corpos condutores eletrizados que originam os campos elétricos. 
III. A concentração das linhas de força do campo elétrico ou das linhas de campo magnético indica, qualitativamente, onde a intensidade do respectivo campo é maior. 
Assinale a alternativa correta. 
a) Somente as afirmativas I e III são verdadeiras. 
b) Somente a afirmativa II é verdadeira. 
c) Somente as afirmativas II e III são verdadeiras. 
d) Somente as afirmativas I e II são verdadeiras. 
e) Todas as afirmativas são verdadeiras. 
 
6. Em um campo magnético uniforme de intensidade igual a um fio condutor com de comprimento é posicionado perpendicularmente à direção do campo, conforme mostra o esquema.
Sabendo que a corrente elétrica estabelecida no condutor é contínua e igual a determine, em newtons, a intensidade da força que age no condutor. 
 
7. Dois fios longos e retilíneos, e são dispostos no vácuo, fixos e paralelos um ao outro, em uma direção perpendicular ao plano da folha. Os fios são percorridos por correntes elétricas constantes, de mesmo sentido, saindo do plano da folha e apontando para o leitor, representadas, na figura, pelo símbolo . Pelo fio circula uma corrente elétrica de intensidade e, pelo fio uma corrente de intensidade A circunferência tracejada, de centro passa pelos pontos de intersecção entre os fios e o plano que contém a figura.
Considerando calcule o módulo do vetor indução magnética resultante, em tesla, no centro da circunferência e no ponto sobre ela, definido pelas medidas expressas na figura, devido aos efeitos simultâneos das correntes e 
 
8. Uma espira quadrada, de lado constituída por barras rígidas de material condutor, de resistência elétrica total se desloca no plano com velocidade constante, na direção do eixo No instante representado na figura, a espira começa a entrar em uma região do espaço, de seção reta quadrada, de lado onde há um campo magnético perpendicular a a velocidade da espira é mantida constante por meio da ação de um agente externo. O campo é uniforme, constante e tem a direção do eixo entrando no plano 
a) A figura abaixo representa a situação para o instante Indique nessa figura o sentido da corrente elétrica que circula pela espira e determine o seu valor.
b) Determine a corrente na espira para o instante 
c) Determine a força eletromagnética (módulo, direção e sentido) que atua na espira no instante Note e adote:
Força eletromotriz na espira parcialmente imersa no campo magnético: 
 
9. Uma espira circular com de diâmetro, ao ser percorrida por uma corrente elétrica de de intensidade, produz no seu centro um vetor campo magnético de intensidade igual a Obs. Utilize 
a) 		b) 		c) 		d) 
 
10. Para demonstrar o processo de transformação de energia mecânica em elétrica, um estudante constrói um pequeno gerador utilizando:
- um fio de cobre de diâmetro enrolado em espiras circulares de área 
- dois ímãs que criam no espaço entre eles um campo magnético uniforme de intensidade e
- um sistema de engrenagens que lhe permite girar as espiras em torno de um eixo com uma frequência 
Ao fazer o gerador funcionar, o estudante obteve uma tensão máxima e uma corrente de curto-circuito Para dobrar o valor da tensão máxima do gerador mantendo constante o valor da corrente de curto o estudante deve dobrar o(a) 
a) número de espiras. b) frequência de giro. c) intensidade do campo magnético. 
d) área das espiras. 	 e) à diâmetro do fio. 
 
11. Um equipamento hospitalar de última geração contém uma bobina composta por espiras com raio de com resistência elétrica de ohm por centímetro. A bobina é ligada a uma fonte de tensão que suporta uma corrente elétrica máxima de e que apresenta uma resistência interna de Quando uma corrente elétrica passa por ela, há a geração de um campo magnético. O módulo do vetor indução magnética no centro dessa espira é aproximadamente igual a 
Dados: utilize, caso necessário, e considere a permeabilidade magnética do meio como sendo
a) b) c) d) e) 
 
12. Em uma câmara com vácuo, um acelerador de elétrons emite partículas que saem dele em movimento retilíneo uniforme com trajetória horizontal. Um dispositivo composto por um núcleo de ferro, um solenoide e uma bateria, conforme mostrado na figura a seguir, produz um campo magnético uniforme de no entreferro do núcleo de ferro. O sistema tem dimensionamento tal que o campo magnético é significativo apenas no entreferro.
a) Represente, no entreferro do núcleo de ferro da figura, as linhas de campo magnético. Justifique a sua resposta. 
b) Qual é, por ação do campo magnético, o comportamento da trajetória a ser descrita pelos elétrons no núcleo de ferro no início do movimento no entreferro? Indicar também o sentido do movimento a ser executado. Justifique a sua resposta. 
c) Considerando os valores aproximados, por conveniência de cálculo, para algumas das grandezas físicas mostradas abaixo, determine a aceleração de cada elétron que penetra no entreferro do núcleo de ferro se a velocidade deles , ao iniciarem o movimento no entreferro, for de 
 
13. Um solenoide é um dispositivo físico composto de um conjunto de espiras circulares capaz de gerar um campo magnético em seu interior, quando submetido a uma diferença de potencial. Este dispositivo pode ser encontrado, por exemplo, no sistema do “motor de arranque” de carros de passeio. Considere a permeabilidade magnética no vácuo como sendo e desconsidere o campo magnético terrestre. Assinale a(s) alternativa(s) correta(s). 
01) Quando uma pessoa gira a chave para dar partida em seu carro, uma corrente elétrica de percorre o solenoide do “motor de arranque” e gera um campo magnético de aproximadamente em seu interior. Esse solenoide tem um comprimento de e possui espiras. 
02) O campo magnético gerado no interior de um solenoide percorrido por uma corrente elétrica, excluindo-se os efeitos das bordas, é um campo uniforme. 
04) Se este dispositivo for composto de uma única espira de raio o campo magnético no centro desta espira, quando a corrente elétrica é de é menor do que 
08) Um ímã é aproximado com velocidade constante do solenoide. Devido a essa aproximação, um campo magnético é gerado no solenoide de modo a aumentar a variação do fluxo magnético através das espiras do solenoide. 
16) Um ímã no formato de uma haste é inserido no solenoide e dele retirado numa frequência de vezes por minuto. Devido a este movimento do ímã em relação ao solenoide, uma tensão elétrica alternada é induzida no solenoide. 
 
14. A figura a seguir descreve uma região do espaço que contém um vetor campo elétrico e um vetor campo magnético 
Mediante um ajuste, percebe-se que, quando os campos elétricos e magnéticos assumem valores de e respectivamente, um íon positivo, de massa desprezível, atravessa os campos em linha reta. A velocidade desse íon, em foi de 
a) 
b) 
c) 
d) 
e) 
 
15. A espectrometria de massas é uma poderosa ferramenta física que caracteriza as moléculas pela medida da relação massa/carga de seus íons. Ela foi usada, inicialmente, na determinação de massas atômicas e vem sendo empregada na busca de informações sobre a estrutura de compostos orgânicos, na análise de misturas orgânicas complexas, na análise elementar e na determinação da composição isotópica dos elementos. A espectrometria de massas acoplada, é uma técnica analítica poderosa, usada para identificar compostos desconhecidos, quantificar compostos conhecidos e auxiliar na elucidação estrutural de moléculas. A apresenta uma vasta gama de aplicações, como por exemplo: na ecologia, na toxicologia, na geologia, na biotecnologia, e na descoberta e desenvolvimento de fármacos.
Disponível em: <http://www.ufrgs.br/uniprote-ms/Content/02PrincipiosDeAnalise/espectometria.html>.
Acesso em: set. 2017.
Considere a figura que representa, na forma de um esquema simplificado, um espectrômetro de massa, sendo a fonte de íons, que são acelerados pela diferença de potencial entram na região onde existe o campo magnético e descrevem uma trajetória semicircular.
Sabendo que os íons são compostos de partículas idênticas, cada uma eletrizada com a carga igual a e com massa, que penetram, perpendicularmente, na região do campo magnético uniforme com velocidade de módulo e descrevem trajetória semicircular de raio 
- determine a intensidade do campo magnético. 
 
16. Uma máquina de ressonância magnética necessita criar um campo magnético para gerar as imagens utilizadas para diagnósticos médicos. Isso nos mostra a relação entre medicina e tecnologia e o grande avanço que essa parceria proporciona. Uma forma de gerar campo magnético de intensidade constante de é utilizando supercondutores resfriados a temperaturas inferiores a Entretanto, esses supercondutores, são muito bem isolados por vácuo, não atrapalhando e causando desconforto aos pacientes em exame.
Qual seria a intensidade da força magnética sobre um elétron que incidisse perpendicularmente nesse campo magnético a uma velocidade de (Considere a carga elementar 
a) b) 	c) d) 	e) 
 
17. Uma massa de carga gira em órbita circular de raio e período no plano equatorial de um ímã. Nesse plano, a uma distância do ímã, a intensidade do campo magnético é em que é uma constante. Se fosse de o raio dessa órbita, o período seria de 
a) 
b) 
c) 
d) 
e) 
 
TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: 
Na resolução, use quando necessário: 
18. A espectrometria de massas tem sido utilizada para uma enorme variedade de aplicações, como a datação de rochas, a elucidação de estrutura de compostos químicos, e até o monitoramento da qualidade de processos químicos industriais. Para analisar a composição de um gás, primeiramente é necessário submetê-lo a uma descarga elétrica para produzir íons daquele gás. Os íons produzidos são acelerados por uma diferença de potencial e adquirem uma energia cinética onde é a carga do íon. Os íons são então direcionados para uma região com um campo magnético uniforme, representada pela área triangular da figura do item (b). Na região do campo magnético, os íons percorrem uma trajetória circular de raio Vamos supor que o espectrômetro opere com uma tensão de aceleração dos íons e que o raio da trajetória circular seja O módulo da carga do elétron vale Deseja-se analisar íons de sendo que a massa m do íon vale aproximadamente e um mol equivale a átomos.
Com base nessas informações, faça o que se pede:
a) Escreva uma expressão para a velocidade dos íons em função de e Não é necessário levar em conta efeitos relativísticos.
b) Considerando o ponto da figura, desenhe o vetor velocidade do íon o vetor campo magnético e o vetor força magnética de tal forma que a trajetória seja circular naquele ponto. Para vetores entrando ou saindo do plano da página, use a seguinte notação: entrando no plano da página, e saindo do plano da página.
c) Calcule o valor do módulo do campo magnético no ponto para que a trajetória dos íons seja circular. 
 
19. Uma espira retangular de foi posicionada e mantida imóvel de forma que um campo magnético uniforme, de intensidade ficasse normal à área interna da espira, conforme figura a seguir. 
Neste caso, o valor da Força Eletromotriz Induzida nos terminais e da espira vale ____ 
a) 
b) 
c) 
d) 
 
20. Na figura abaixo, a barra feita de material condutor desliza sem atrito, com velocidade constante de para a direita, sobre trilhos de material também condutor, no plano horizontal. A barra partiu da extremidade esquerda do trilho em Nesta região, há um campo magnético uniforme de intensidade de como mostra a Figura.
Assinale a alternativa que corresponde ao valor absoluto da tensão induzida, em microvolts,
entre os pontos e da barra. 
a) 
b) 
c) 
d) 
e) 
 
Gabarito: 
Resposta da questão 1: [B]
Resposta da questão 2: [A]
Resposta da questão 3: 01 + 02 + 08 = 11.
Resposta da questão 4: 02 + 04 + 64 = 70.
Resposta da questão 5: [E]
Resposta da questão 6: 
Resposta da questão 7:
 As figuras 1 e 2 mostram os vetores indução magnética nos pontos citados.
Como todo triângulo inscrito numa semicircunferência é retângulo, aplicando Pitágoras na figura 1, calculamos o diâmetro da circunferência que passa pelos fios 1 e 2. 
Aplicando a regra da mão direita, descobrimos os sentidos dos vetores indução magnética de cada fio em cada um dos pontos.
A expressão da intensidade do vetor indução magnética à distância d de um fio percorrido por corrente elétrica de intensidade i é dada por:
- No ponto C.
Como se observa na figura 1, trata-se de vetores de sentidos opostos. A intensidade do vetor indução magnética resultante nesse ponto C é:
- No ponto P.
Na figura 2, temos vetores de direções perpendiculares entre si. Então, reaplicando a expressão do item anterior:
 
Resposta da questão 8:
 a) A distância percorrida pela espira na região onde há campo magnético para o instante 
Como neste momento a espira está entrando na região do campo magnético, o fluxo magnético que a atravessa está aumentando, o que causa um campo induzido de mesma direção e sentido oposto ao campo original (de acordo com a Lei de Lenz). Sabendo que o campo induzido deve ter a direção do eixo e saindo do plano pela regra da mão direita, a corrente elétrica deve ter o sentido anti-horário.
O valor de será dado por:
b) Distância percorrida pela espira para o instante 
Para esta distância percorrida, a espira encontra-se totalmente imersa na região de campo magnético, não havendo variação no fluxo magnético. Nessas condições, não há corrente induzida. Portanto: 
c) Distância percorrida pela espira no instante 
A espira estará agora saindo da região de campo magnético. Analogamente ao item a, pela Lei de Lenz, o campo magnético induzido terá a mesma direção e sentido do campo original, e a corrente percorrerá a espira no sentido horário.
Utilizando novamente a regra da mão direita, desta vez para a força magnética, temos a figura que indica a sua direção e sentido (nas barras horizontais as forças se anulam):
A intensidade dessa força magnética será:
 
Resposta da questão 9: [B]
Resposta da questão 10: [A]
Resposta da questão 11: [C]
Resposta da questão 12:
 a) Conforme figura abaixo, usando a regra da mão direita, no sentido da corrente elétrica convencional, que sai pelo polo positivo da bateria, determina-se o sentido do campo magnético internamente ao solenoide, de cima para baixo. Com isso, determinam-se os polos no entreferro do núcleo, sendo as linhas do campo magnético agora, de baixo para cima.
b) Sendo os elétrons ejetados perpendicularmente ao campo magnético uniforme no entreferro, usando a regra da mão esquerda, nota-se que os elétrons recebem uma força perpendicular ao plano da folha, com sentido entrando no plano da folha, executando um movimento circular uniforme em que a força resultante centrípeta é dada pela própria força magnética. Figura ilustrativa abaixo.
c) A aceleração de cada elétron no entreferro é dada pela aceleração centrípeta , sendo a razão entre a força resultante centrípeta representada pela força de Lorentz (força magnética) e a massa do elétron:
 
Resposta da questão 13: 01 + 02 + 04 + 16 = 23.
Resposta da questão 14: [A]
Resposta da questão 15:
 Na região do campo magnético, a força magnética sobre a partícula atua como resultante centrípeta. Logo:
 
Resposta da questão 16: [C]
Resposta da questão 17: [E]
Resposta da questão 18: 
 a) A energia cinética adquirida pela diferença de potencial elétrico pode ser comparada com a sua expressão da mecânica, assim obtemos a velocidade.
 
Isolando a velocidade da equação acima, temos sua expressão: 
 
b) Pela regra da mão direita, a força magnética deve apontar para cima e o campo magnético para dentro da folha e a velocidade tangente à trajetória circular.
c) Para que a trajetória dos íons seja circular, devemos igualar a força magnética à resultante centrípeta usando a expressão anterior para a velocidade dos íons:
 sendo que 
Juntando as equações e isolando o campo magnético:
Substituindo os valores no SI, temos:
 
Resposta da questão 19: [A]
Resposta da questão 20: [E]
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