Prévia do material em texto
CIÊNCIAS DA NATUREZA E SUAS TECNOLOGIAS F B O N L I N E . C O M . B R ////////////////// Professor(a): Andrew Aquino assunto: introdução Ao MAgnetisMo, Fontes de CAMpo MAgnétiCo e ForçA MAgnétiCA frente: FísiCA ii OSG.: 120991/17 AULAS 22, 23 e 24 EAD – MEDICINA Resumo Teórico Introdução D ar iu s Tu re k/ 12 3R F/ Ea sy pi x O eletromagnetismo é o nome da teoria unificada que explica a relação entre a eletricidade e o magnetismo. Esta teoria tem como base o conceito de campo eletromagnético. O campo magnético surge do movimento de cargas elétricas. Ímãs permanentes Possuem dois polos: um chamado norte e o outro chamado de sul. N S Princípio da atração e repulsão Polos de mesmo nome se repelem e polos de nomes contrários se atraem. N N S N S N S S NS NS NS N S se atraem se repelem N N S N S N S S NS NS NS N S se atraem se repelem Campo magnético É a região em torno de um ímã permanente ou de um fio condutor percorrido por uma corrente elétrica. Vetor indução magnética Observem as figuras abaixo: B B B Linha de indução magnética N S B Vetor indução magnética é o vetor que representa o campo magnético, sendo tangente às linhas de campo. Unidade de B: SI (MKS): tesla (T) Regra da mão direita Para fios condutores percorridos por correntes elétricas. r B 1. Segura-se o fio com a mão direita. 2. O polegar indica o sentido da corrente elétrica. 3. Os outros dedos o sentido do campo magnético. 2F B O N L I N E . C O M . B R ////////////////// Módulo de estudo OSG.: 120991/17 Campo magnético criado por um fio condutor reto Todo fio condutor percorrido por uma corrente elétrica cria em torno de si um campo magnético dado pela regra da mão direita. ii (a) B RR (b) A intensidade do campo magnético gerado ao redor do fio condutor retilíneo é dada pela seguinte equação: B i R = ⋅ ⋅ µ π 0 2 Em que: µ 0 : permeabilidade magnética do vácuo; µ 0 = 4π ⋅10–7T ⋅ m/A; i: intensidade da corrente elétrica; R: raio da circunferência. Campo magnético uniforme É o campo no qual o vetor indução magnética tem sempre o mesmo módulo, a mesma direção e o mesmo sentido. Campo magnético criado por uma espira circular Imagine uma espira circular de centro O e raio R, por onde passa uma corrente elétrica. Observe que em torno do condutor se estabelece um campo magnético, como observado na figura abaixo, dado pela regra da mão direita. B O R i A intensidade do vetor indução magnética no centro da espira é dado por: B i R = ⋅ ⋅ µ0 2 Em que: µ 0 : permeabilidade magnética do vácuo; µ 0 = 4π ⋅ 10–7T ⋅ m/A; i: intensidade da corrente elétrica; R: raio da espira. Bobina chata Bobina chata é o empilhamento de n espiras iguais, de tal forma que a espessura do enrolamento seja muito menor que o diâmetro de cada espira. Veja a figura a seguir. B R i n � � � A intensidade do vetor indução magnética no centro da bobina é dada por: B n i R = ⋅ ⋅ ⋅ µ0 2 Em que: µ 0 : permeabilidade magnética do vácuo; µ 0 = 4π ⋅10–7T ⋅ m/A; i: intensidade da corrente elétrica; R: raio da espira da bobina. Campo criado por um solenoide Chama-se solenoide a um condutor enrolado em um núcleo cilíndrico em forma de espiral. Se as espiras são bastante próximas, podemos considerar cada espira como um condutor circular. P L B i Eixo do solenoide i A intensidade do vetor indução magnética no interior do solenoide é dada por: B N L i= ⋅ ⋅µ0 3 F B O N L I N E . C O M . B R ////////////////// OSG.: 120991/17 Módulo de estudo Em que: µ 0 = 4π.10–7T · m/A; N L : número de espira por comprimento do solenoide; i: intensidade da corrente elétrica. Força magnética sobre cargas em um campo magnético uniforme No estudo da eletrostática, aprendemos que quando uma carga penetra em uma região onde existe um campo elétrico, fica sujeita a ação de uma força elétrica. Um campo magnético não age sobre cargas elétricas em repouso, e sim em cargas e lançadas com uma velocidade v em direção a uma área onde há um campo magnético B, podendo ou não aparecer uma força magnética F atuando sobre esta carga. A direção desta força pode ser determinada pela regra da mão direita representada a seguir. Regra da mão direita: F m Empurrão B V Em que: 1. O polegar: indica o sentido da velocidade; 2. Os quatro dedos juntos: indicam o sentido do campo magnético; 3. Força magnética: se a carga for positiva, a palma interna da mão indica o sentido da força, e se a carga for negativa, o sentido da força magnética é determinado pelas costas das mãos. A figura abaixo representa uma carga sendo arremessada em um campo magnético, de tal forma que a velocidade da carga forme um ângulo q com a direção do campo magnético. + θ F B P υ A intensidade da força magnética pode ser determinada por: F q v B senmg = ⋅ ⋅ ⋅ θ Em que: F mag → Força de origem magnética; q → carga elétrica lançada no campo; v → velocidade de lançamento da carga no campo; B → intensidade de campo magnético gerado por um ímã ou corrente elétrica; q → ângulo entre a direção do campo e o vetor velocidade. Carga lançada em movimento paralelo ao campo magnético Note que a intensidade da força magnética será nula quando q for nulo ou igual a 180º, pois cos 0º = cos 180º = 0, portanto quando o lançamento for paralelo ao campo não teremos a força magnética atuando sobre esta carga. Portanto, a força magnética será nula quando a carga for colocada em repouso ou for lançada paralelamente ao campo magnético. Veja a ilustração a seguir. B q > 0 θ = 0º θ = 180º V q > 0 V B Carga lançada em movimento perpendicular ao campo magnético Quando a carga é lançada perpendicularmente ao campo magnético, a força e a velocidade possuem direções perpendiculares entre si, sendo, portanto, a força magnética responsável por variar a direção do movimento da carga, sendo, portanto, uma resultante centrípeta. Uma partícula que entrar em um campo magnético B com velocidade V irá descrever, neste caso, um movimento circular uniforme quando a força magnética for a resultante. Podemos concluir que toda força magnética será usada para manter o movimento circular, ou seja: F mg = F cp . Observe a ilustração abaixo: FmFm FmFm FmFm FmFm RR V VV VV VV B Convenção: B 1 → campo magnético entrando; B 1 → campo magnético saindo. 4F B O N L I N E . C O M . B R ////////////////// Módulo de estudo OSG.: 120991/17 Força magnética sobre fios condutores percorridos por correntes i 1 –F m L L i 2 B 2 r F m B 1 Quando uma carga se move em um campo magnético, ela pode estar sujeita a uma força magnética. Em um fio condutor, a corrente elétrica é devido ao movimento dos elétrons. Logo, um fio de comprimento L percorrido por uma corrente, imerso em uma região onde existe um campo magnético, fica sujeito à ação de uma força magnética. A figura anterior ilustra este fato. Considere uma parte de um fio condutor retilíneo de comprimento L, percorrido por uma corrente elétrica i. A uma expressão matemática que represente a ação da força magnética no fio, considerando a carga (q) e a velocidade (v), inserida ainda num campo magnético, temos: F mag = q ⋅ v ⋅ B ⋅ sen q. No fio condutor teremos várias cargas, elétrons livres, deslocando-se. Representaremos esse número de cargas por n. Logo, podemos reescrever a expressão como: F mag = n ⋅ q ⋅ V ⋅ B ⋅ sen q. Vale lembrar que a intensidade da corrente elétrica é dada por: i = | q |/∆t, então nesse caso teremos i = n ⋅ | q |/∆t, já que temos várias cargas. Sendo assim, esta expressão pode ser reescrita como i ⋅ ∆t = n ⋅ q e substituindo-a na equação da força magnética teremos F mag = B ⋅ i ⋅ ∆t ⋅ v ⋅ sen q. Também sabemos que velocidade vezes o tempo representa a variação do espaço percorrido. No caso das cargas, representa o comprimento L do fio condutor percorrido pelas cargas (∆t ⋅ v = L). Assim, teremos: F B i L senmag = ⋅ ⋅ ⋅ θ Caso a velocidade das cargas seja perpendicularao vetor campo magnético, o sen q = 1, logo: F B i Lmag = ⋅ ⋅ Em que: F mag → intensidade de força magnética; B → intensidade do vetor campo magnético; i → intensidade de corrente elétrica; L → comprimento do fio inserido no campo magnético. Exercícios 01. (PUC-SP) Na experiência de Oersted, o fio de um circuito passa sobre a agulha de uma bússola. Com a chave C aberta, a agulha alinha-se como mostra a figura a. Fechando-se a chave C, a agulha da bússola assume nova posição (figura b). C Chave aberta Figura a Chave fechada Figura b C A partir desse experimento, Oersted concluiu que a corrente elétrica estabelecida no circuito: A) gerou um campo elétrico numa direção perpendicular à da corrente. B) gerou um campo magnético numa direção perpendicular à da corrente. C) gerou um campo elétrico numa direção paralela à da corrente. D) gerou um campo magnético numa direção paralela à da corrente. E) não interfere na nova posição assumida pela agulha da bússola que foi causada pela energia térmica produzida pela lâmpada. 02. (UFPE) Um elétron entra com velocidade V e = 10 ⋅ 106 m/s entre duas placas paralelas carregadas eletricamente. As placas estão separadas pela distância d = 1,0 cm e foram carregadas pela aplicação de uma diferença de potencial V = 200 volts. Qual é o módulo do campo magnético, B, que permitirá ao elétron passar entre as placas sem ser desviado da trajetória tracejada? Expresse B em unidades de 10–3 tesla. d + + + + + – – – – – v e 03. (UEL-PR) Um fio longo e retilíneo, r P i quando percorrido por uma corrente elétrica, cria um campo magnético nas suas proximidades. A permeabilidade magnética é µ = 4π · 10–7 T. Observe a figura ao lado. Se a corrente elétrica é de 5,0 A, o campo magnético criado num ponto P distante 0,20 m do fio, conforme a figura, vale: A) 1,0 · 10–5 T, orientado como a corrente i. B) 1,0 · 10–5 T, perpendicular ao plano do papel, para fora. C) 5,0 · 10–6 T, dirigido perpendicularmente ao fio, no próprio plano do papel. D) 5,0 · 10–6 T, orientado contra a corrente i. E) 5,0 · 10–6 T, perpendicularmente ao plano do papel, para dentro. 5 F B O N L I N E . C O M . B R ////////////////// OSG.: 120991/17 Módulo de estudo 04. (UFV-MG) A figura ao lado mostra um elétron e um – i V �� fio retilíneo muito longo, ambos dispostos no plano desta página. No instante considerado, a velocidade v do elétron é paralela ao fio, que transporta uma corrente elétrica I. Considerando somente a interação do elétron com a corrente, é correto afirmar que o elétron: A) será desviado para a esquerda desta página. B) será desviado para a direita desta página. C) será desviado para dentro desta página. D) será desviado para fora desta página. E) não será desviado. 05. (OSEC-SP) Um solenoide compreende 5000 espiras por metro. A intensidade do vetor-indução-magnética originada na região central pela passagem de uma corrente elétrica de 0,2 A é de: A) 4π · 10–4 T B) 8π · 10–4 T C) 4π · 10–3 T D) 2π · 10–4 T E) NDA 06. (EsPCEx) Sob a ação exclusiva de um campo magnético uniforme de intensidade 0,4 T, um próton descreve um movimento circular uniforme de raio 10 mm em um plano perpendicular à direção deste campo. A razão entre a sua massa e a sua carga é de 10–8 kg/C. A velocidade com que o próton descreve este movimento é de: A) 4 ⋅ 105 m/s B) 2 ⋅ 105 m/s C) 8 ⋅ 104 m/s D) 6 ⋅ 104 m/s E) 5 ⋅ 103 m/s 07. (Ufes) Um feixe composto por nêutrons, prótons e elétrons penetra em uma região onde há um campo magnético perpendicular à direção inicial do feixe, como indicado na figura: × × × × × × × × × ×× × × × × ×× × × × × (II) (I) × × × × × ×× × × × × ×× × × × × ×(III) As três componentes, I, II e III, em que o feixe se subdivide correspondem respectivamente a: A) elétrons, prótons, nêutrons. B) nêutrons, elétrons, prótons. C) prótons, elétrons, nêutrons. D) elétrons, nêutrons, prótons. E) prótons, nêutrons, elétrons. 08. (FEI-SP) Uma espira circular de raio R = 20 cm é percorrida por uma corrente elétrica de intensidade i = 40 A. Qual a intensidade do vetor-indução-magnética criada por essa corrente elétrica no centro O da espira? Dado: µo = 4π · 10–7 T ⋅ m/A 09. (CFTMG) Em uma região de campo magnético uniforme B, uma partícula de massa m e carga elétrica positiva q, penetra nesse campo com velocidade v, perpendicularmente a B, conforme figura seguinte. m q v P B O vetor força magnética, que atua sobre a partícula no ponto P, está melhor representado em: A) ↑ B) → C) ← D) ↓ 10. (Fund. Carlos Chagas-SP) Uma espira circular é percorrida por uma corrente elétrica contínua, de intensidade constante. Quais são as características do vetor campo magnético no centro da espira? Ele: A) é constante e perpendicular ao plano da espira. B) é constante e paralelo ao plano da espira. C) é nulo no centro da espira. D) é variável e perpendicular ao plano da espira. E) é variável e paralelo ao plano da espira. 11. (UnB) Considere um solenoide infinito de raio r, no qual circula uma corrente elétrica i. Quanto ao vetor campo magnético no interior do solenoide, podemos dizer que: A) seu módulo não depende de R. B) sua direção é paralela ao eixo do solenoide. C) seu sentido se inverte, se invertemos a direção da corrente no solenoide. D) seu módulo também duplicará, se a intensidade da corrente elétrica for duplicada. E) é um campo uniforme. 12. Indique a alternativa errada. A) Dois fios longos e paralelos se atraem quando estão passando por eles correntes elétricas no mesmo sentido. B) Dobrando-se ao mesmo tempo o número de espiras e o comprimento de uma bobina solenoide, mantém-se inalterado o valor do campo magnético no centro da mesma. C) A intensidade do campo magnético no centro de uma espira circular independe do raio da espira. D) Ao se dividir um ímã em dois pedaços, formam-se dois novos ímãs. E) O polo norte de um ímã tende a alinhar-se com o sul magnético da Terra (norte geográfico da Terra). 13. A intensidade do campo magnético produzido no interior de um solenoide muito comprido percorrido por corrente depende basicamente: A) só do número de espiras do solenoide. B) só da intensidade da corrente. C) do diâmetro interno do solenoide. D) do número de espiras por unidade de comprimento e da intensidade da corrente. E) do comprimento do solenoide. 14. O campo magnético é uniforme em uma determinada região, quando as linhas de campo: A) são paralelas. B) direcionam-se para o polo norte. C) direcionam-se para o polo sul, aproximando-se por diferentes direções. D) afastam-se do polo norte em todas as direções e aproximam-se do polo sul. E) afastam-se do polo sul e direcionam-se para o polo norte. 6F B O N L I N E . C O M . B R ////////////////// Módulo de estudo OSG.: 120991/17 15. (Uece) Em um acelerador de partículas, três partículas K, L, e M, de alta energia, penetram em uma região onde existe somente um campo magnético uniforme B , movendo-se perpendicularmente a esse campo. A figura a seguir mostra as trajetórias dessas partículas (sendo a direção do campo B , perpendicular ao plano do papel, saindo da folha). BK L M Com relação às cargas das partículas, podemos afirmar corretamente que A) as de K, L e M são positivas. B) as de K e M são positivas. C) somente a de M é positiva. D) somente a de K é positiva. 16. (ITA-SP) Coloca-se uma bússola nas proximidades de um fio retilíneo, vertical, muito longo, percorrido por uma corrente elétrica contínua i. A bússola é disposta horizontalmente e assim a agulha imantada pode girar livremente em torno de seu eixo. Nas figuras abaixo, o fio é perpendicular ao plano do papel, com a corrente no sentido indicado (saindo). Indique a posição de equilíbrio estável da agulha imantada, desprezando o campo magnético terrestre. A) S N Fio i B) N S i C) SN i D) E) Nenhuma das situações anteriores. NS i A) S N Fio i B) N S i C) SN i D) E) Nenhuma das situações anteriores. NSi 17. A figura abaixo representa uma partícula negativa lançada no campo magnético. B ⊗ V �� – A trajetória que melhor representa o caminho seguido pela partícula será: A) B) C) D) E) 18. (Ufop) Um feixe de elétrons em um tubo de raios catódicos propaga-se horizontalmente, projetando-se no centro O da tela do tubo. Estabelecem-se, no interior do tubo, um campo magnético B ( ), vertical, de baixo para cima, e um campo elétrico E( ), vertical, de cima para baixo (veja a figura abaixo). Nessas condições, podemos afirmar que o feixe de elétrons se desvia para: Região 1 Região 3 Região 2 Região 4 B E C B A D -e A) um ponto na região 1. B) um ponto na região 2. C) um ponto na região 3. D) um ponto na região 4. 19. (UCS) Dentro do tubo de imagem de um televisor, a corrente elétrica, numa bobina, aplica sobre um elétron passante um campo magnético de 5 · 10–4 T, de direção perpendicular à direção da velocidade do elétron, o qual recebe uma força magnética de 1 · 10–14 N. Qual o módulo da velocidade desse elétron? (Considere o módulo da carga do elétron como 1,6 · 10–19 C) A) 3,34 · 103 m/s B) 1,60 · 105 m/s C) 7,60 · 106 m/s D) 4,33 · 107 m/s E) 1,25 · 108 m/s 20. (UFRGS) Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas a seguir, na ordem em que aparecem. Um elétron atravessa, com velocidade constante de módulo v, uma região do espaço onde existem campos elétrico e magnético uniformes e perpendiculares entre si. Na figura abaixo, estão representados o campo magnético, de módulo B, e a velocidade do elétron, mas o campo elétrico não está representado. B V e Desconsiderando-se qualquer outra interação, é correto afirmar que o campo elétrico ________ página, perpendicularmente, e que seu módulo vale _________. A) penetra na – vB B) emerge da – vB C) penetra na – eB D) emerge da – eB E) penetra na – E/B 7 F B O N L I N E . C O M . B R ////////////////// OSG.: 120991/17 Módulo de estudo 21. (UC-MG) Nas opções a seguir, indica-se a velocidade v de um ímã, em relação a um anel metálico, por uma seta ao lado de v. O sentido da corrente induzida i está também indicado em cada uma delas. A figura que descreve corretamente a situação indicada é: i v A) i v B) i v = 0 C) i v D) i v E) N S S N N S N S S N 22. Um elétron penetra, com velocidade V �� , em uma região do espaço onde existe um campo magnético B representado pelo símbolo , que significa saindo do plano da página. Qual das opções seguintes melhor representa o sentido da Força Magnética que age sobre esta carga? V B e A) ↑ B) ↓ C) → D) E) 23. (FEI-SP) A barra condutora AB, de comprimento l = 0,2 m e resistência R = 10 Ω, move-se em plano horizontal apoiando-se em trilhos paralelos, perfeitamente condutores e sem atrito. Na região existe um campo de indução magnética uniforme e vertical dirigido para baixo de intensidade B = 2,0 T. Que força deve ser exercida sobre a barra para mantê-la com velocidade constante v = 2,0 m/s? Nessa situação, qual a potência elétrica dissipada por efeito Joule na barra? Supor os trilhos ligados por um fio de resistência desprezível. v A B ×× ×××××× ×××× ×××× 24. (PUC-Camp-SP) Uma espira ABCD está totalmente imersa em um campo magnético B, uniforme, de intensidade 0,50 T e direção perpendicular ao plano da espira, como mostra a figura a seguir. B B AD C R V O lado AB, de comprimento 20 cm, é móvel e se desloca com velocidade constante de 10 m/s, e R é um resistor de resistência R = 0,50 Ω. Nessas condições, é correto afirmar que, devido ao movimento do lado AB da espira: A) não circulará nenhuma corrente na espira, pois o campo é uniforme. B) aparecerá uma corrente induzida, no sentido horário, de 2,0 A. C) aparecerá uma corrente induzida, no sentido horário, de 0,50 A. D) aparecerá uma corrente induzida, no sentido anti-horário, de 2,0 A. E) aparecerá uma corrente induzida, no sentido anti-horário, de 0,50 A. 25. (UPE-PE) Dois fios paralelos, de comprimentos indefinidos, são portadores de corrente, no mesmo sentido, conforme a figura. A força de interação dos dois fios é de: i 1 d i 2 A) atração, proporcional à distância entre os fios. B) atração, inversamente proporcional à distância entre os fios. C) repulsão, proporcional à distância entre os fios. D) repulsão, inversamente proporcional à distância entre os fios. E) atração, proporcional ao quadrado da distância entre os fios. 26. (UFMG) Na figura estão representados dois fios, percorridos por correntes elétricas de mesma intensidade e de sentidos contrários, e dois pontos, K e L. Os fios e os pontos estão no mesmo plano. O ponto L é equidistante dos dois fios e o ponto K está à esquerda deles. Considerando-se essas informações, é correto afirmar que o campo magnético: A) em K, é nulo e, em L, está entrando no papel. B) em K, está entrando no papel e, em L, está saindo dele. C) em K, está saindo do papel e, em L, é nulo. D) em K, está saindo do papel e, em L, está entrando nele. 8F B O N L I N E . C O M . B R ////////////////// Módulo de estudo OSG.: 120991/17 27. (Unesp/2014) A figura é o esquema simplificado de um disjuntor termomagnético utilizado para a proteção de instalações elétricas residenciais. O circuito é formado por um resistor de baixa resistência R; uma lâmina bimetálica L, composta pelos metais X e Y; um eletroímã E; e um par de contatos C. Esse par de contatos tende a abrir pela ação da mola M 2 , mas o braço atuador A impede, com ajuda da mola M 1 . O eletroímã E é dimensionado para atrair a extremidade do atuador A somente em caso de corrente muito alta (curto circuito) e, nessa situação, A gira no sentido indicado, liberando a abertura do par de contatos C pela ação de M 2 . E esquerda direita L X Y A R corrente elétrica M 2 M 1 C De forma similar, R e L são dimensionados para que esta última não toque a extremidade de A quando o circuito é percorrido por uma corrente até o valor nominal do disjuntor. Acima desta, o aquecimento leva o bimetal a tocar o atuador A, interrompendo o circuito de forma idêntica à do eletroímã. Disponível em: <www.mspc.eng.br>. (Adaptado) Na condição de uma corrente elevada percorrer o disjuntor no sentido indicado na figura, sendo a x e a y os coeficientes de dilatação linear dos metais X e Y, para que o contato C seja desfeito, deve valer a relação __________ e, nesse caso, o vetor que representa o campo magnético criado ao longo do eixo do eletroímã apontará para a __________. Os termos que preenchem as lacunas estão indicados correta e respectivamente na alternativa: A) a x > a y ... esquerda. B) a x < a y ... esquerda. C) a x > a y ... direita. D) a x = a y ... direita. E) a x < a y ... direita. 28. (UEPB) Um professor de Física resolve fazer um experimento de eletromagnetismo que objetiva determinar o valor do campo magnético entre os polos do ímã. Para isso, ele utiliza um ímã, uma bateria que fornece 4,8 V a um condutor cilíndrico AC com massa 5 g, comprimento de 10 cm e resistência elétrica igual a 0,10 Ω. Ao ligar a bateria ao circuito, mostrado na figura a seguir, o condutor cilíndrico fica suspenso em equilíbrio. C S N A Re pr od uç ão /U EP B Considerando-se que as linhas do campo são perpendiculares ao condutor, que a resistência elétrica dos fios é 0,02 Ω, que a massa dos fios é desprezível e adotando g = 10 m/s2, o professor concluiu que o campo magnético, em tesla, tem valor igual a: A) 12,5 · 10–3 B) 125 C) 1,25 · 10–4 D) 12,5 · 10–2 E) 1250 29. (Fuvest-SP) Uma espira condutora circular, de raio R, é percorrida por uma corrente de intensidade i, no sentido horário. Uma outra espira circular de raio R/2 é concêntrica com a precedente e situada no mesmo plano que ela. Qual deve ser o sentido e qual o valor da intensidade de uma corrente que, percorrendo essa segunda espira, anula o campo magnético resultante no centro O? Justifique. 30. (UFPI)Considere o solenoide A com corrente fluindo no sentido indicado e a agulha imantada B. A agulha está livre para ser girada ou transladada conforme a situação o exija. O solenoide está fixo. A influência da indução magnética sobre a agulha imantada a partir do instante em que iniciar a corrente: A B N Horário S i A) somente deflete a agulha no sentido horário. B) somente deflete a agulha no sentido anti-horário. C) deflete no sentido horário ao mesmo tempo que o atrai. D) deflete no sentido anti-horário enquanto a repele. E) repele sem defletir a agulha. 31. (IFSP) Os ímas têm larga aplicação em nosso cotidiano tanto com finalidades práticas, como em alto-falantes e microfones, ou como meramente decorativas. A figura mostra dois ímãs, A e B, em forma de barra, com seus respectivos polos magnéticos. ímã A S N ímã B S N Analise as seguintes afirmações sobre ímãs e suas propriedades magnéticas. I. Se quebrarmos os dois ímãs ao meio, obteremos quatro pedaços de material sem propriedades magnéticas, pois teremos separados os polos norte e sul um do outro; II. A e B podem tanto atrair-se como repelir-se, dependendo da posição em que os colocamos, um em relação ao outro; III. Se aproximarmos de um dos dois ímãs uma pequena esfera de ferro, ela será atraída por um dos polos desse ímã, mas será repelida pelo outro. É correto o que se afirma em A) I apenas. B) II, apenas. C) I e II, apenas. D) I e III, apenas. E) II e III, apenas. 9 F B O N L I N E . C O M . B R ////////////////// OSG.: 120991/17 Módulo de estudo 32. (UPE) 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 33. (UFMG-MG) Um fio condutor reto e vertical passa por um furo em uma mesa, sobre a qual, próximo ao fio, são colocadas uma esfera carregada, pendurada em uma linha de material isolante, e uma bússola, como mostrado nesta figura: bússola fio + Inicialmente, não há corrente elétrica no fio e a agulha da bússola aponta pra ele, como se vê na figura. Em certo instante, uma corrente elétrica constante é estabelecida no fio. Considerando-se essas informações, é correto afirmar que, após se estabelecer a corrente elétrica no fio, A) a agulha da bússola vai apontar para uma outra direção e a esfera permanece na mesma posição. B) a agulha da bússola vai apontar para uma outra direção e a esfera vai se aproximar do fio. C) a agulha da bússola não se desvia e a esfera permanece na mesma posição. D) a agulha da bússola não se desvia e a esfera vai se afastar do fio. 34. (UFBA) Duas espiras circulares, concêntricas e coplanares, de raios R 1 e R 2 , sendo R 1 = 0,4 R 2 , são percorridas respectivamente pelas correntes i 1 e i 2 . O campo magnético resultante no centro da espira é nula. A razão entre as correntes i 1 e i 2 é igual a: R 2 R 1 A) 0,4 B) 1,0 C) 2,0 D) 2,5 E) 4,0 35. (IFSP) Um professor de Física mostra aos seus alunos 3 barras de metal, AB, CD e EF, que podem ou não estar magnetizadas. Com elas faz três experiências que consistem em aproximá-las e observar o efeito de atração e/ou repulsão, registrando-o na tabela a seguir. A B A B C C D C D D FE Ocorre atraçãoA B A B C C D C D D FE Ocorre atração A B A B C C D C D D FE Ocorre repulsão Após o experimento, e admitindo que cada letra pode corresponder a um único polo magnético, seus alunos concluíram que: A) somente a barra CD é ímã. B) somente as barras CD e EF são ímãs. C) somente as letras AB e EF são ímãs. D) somente as barras AB e CD são ímãs. E) AB, CD e EF são ímãs. 36. Um campo magnético que exerce influência sobre um elétron (carga –e) que cruza o campo perpendicularmente com velocidade igual à velocidade da luz (c = 300 000 000 m/s) tem um vetor força de intensidade 1 N. Qual a intensidade deste campo magnético? 37. Em um campo magnético de intensidade 102 T, uma partícula com carga 0,0002 C é lançada com velocidade 200 000 m/s, em uma direção que forma um ângulo de 30º com a direção do campo magnético, conforme indica a figura a seguir. 30º V B Qual a intensidade da força magnética que age sobre a partícula? 38. (Unifor-CE) Considere as afirmações sobre ímãs. I. Em contato com um ímã, o ferro doce transforma-se em ímã temporário; II. Quando um ímã é quebrado, cada pedaço se constitui num novo ímã com polos norte e sul; III. Polos magnéticos de mesmo nome se atraem e de nomes diferentes se repelem. Está correto somente o que se afirma em: A) I B) II C) III D) I e II E) I e III 10F B O N L I N E . C O M . B R ////////////////// Módulo de estudo OSG.: 120991/17 39. Um condutor retilíneo é percorrido por uma corrente elétrica de intensidade i = 2,0 A, ao ser imerso em um campo magnético uniforme de intensidade B = 0,0002 T, qual a força magnética num trecho deste condutor, de comprimento l = 20 cm, nos seguintes casos: A) 1� BB ii B) 1� BB ii C) BB ii 1� θ = 30ºθ = 30º 40. (Cesgranrio-RJ) A bússola representada na figura abaixo repousa sobre sua mesa de trabalho. O retângulo tracejado representa a posição em que você vai colocar um ímã, com os polos respectivos nas posições indicadas. Em presença do ímã, a agulha da bússola permanecerá como em: S NA) S NB) S NC) S ND) S NE) S N N S O L 41. (PUC-RS) Uma partícula de massa m R × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × e carga q descreve uma trajetória circular de raio R em um campo magnético uniforme B , conforme a figura ao lado. Para obtermos uma outra trajetória, de raio R 1 maior que R, devemos: A) aumentar a carga q. B) diminuir a carga q. C) diminuir a massa m. D) diminuir a velocidade v . E) aumentar o valor de B . 42. (UEL) 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. 43. (UFMG) Um feixe de elétrons entra em uma região onde existe um campo magnético, cuja direção coincide com a direção da velocidade dos elétrons. Com base nessas informações, é correto afirmar que, ao entrar no campo magnético, os elétrons desse feixe: A) são desviados e sua energia cinética não se altera. B) não são desviados e sua energia cinética aumenta. C) são desviados e sua energia cinética aumenta. D) não são desviados e sua energia cinética não se altera. 44. (UFSCar/2002) Um menino encontrou três pequenas barras homogêneas e, brincando com elas, percebeu que, dependendo da maneira como aproximava uma da outra, elas se atraíam ou se repeliam. Marcou cada extremo das barras com uma letra e manteve as letras sempre voltadas para cima, conforme indicado na figura. Passou, então, a fazer os seguintes testes: A Barra 1 B C Barra 2 D E Barra 3 F I. aproximou o extremo B da barra 1 com o extremo C da barra 2 e percebeu que ocorreu atração entre elas; II. aproximou o extremo B da barra 1 com o extremo E da barra 3 e percebeu que ocorreu repulsão entre elas; III. aproximou o extremo D da barra 2 com o extremo E da barra 3 e percebeu que ocorreu atração entre elas. Verificou, ainda, que nos casos em que ocorreu atração, as barras ficaram perfeitamente alinhadas. Considerando que em cada extremo das barras representado por qualquer uma das letras possa existir um único pólo magnético, o menino concluiu, corretamente, que:A) as barras 1 e 2 estavam magnetizadas e a barra 3 desmagnetizada. B) as barras 1 e 3 estavam magnetizadas e a barra 2 desmagnetizada. C) as barras 2 e 3 estavam magnetizadas e a barra 1 desmagnetizada. D) as barras 1, 2 e 3 estavam magnetizadas. 45. (UFC-CE) Uma carga elétrica negativa está perto de uma bússola. É correto afirmar que a carga: A) atrairá o polo norte da bússola, mesmo que essa carga esteja em repouso. B) atrairá o polo sul da bússola, mesmo que essa carga esteja em repouso. C) não interferirá com a bússola, mesmo que essa carga esteja em movimento. D) só interferirá com a bússola se essa carga estiver em movimento. 11 F B O N L I N E . C O M . B R ////////////////// OSG.: 120991/17 Módulo de estudo Resoluções 01. Em todo fio condutor percorrido por uma corrente elétrica, surge em torno dele um campo magnético, dado pela regra da mão direita, sendo perpendicular ao fio. Resposta: B 02. Para que o elétron não sofra desvio, basta que: d + + + + + – – – – – v e mF � eF � F F qvB qE B E v V d v Tm e= → = → = = = = = − / / ,200 0 01 10 10 2 10 10 2 10 6 4 7 3 · · · F F qvB qE B E v V d v Tm e= → = → = = = = = − / / ,200 0 01 10 10 2 10 10 2 10 6 4 7 3 · · · Portanto, B em unidades de 10–3 tesla, é igual a 2. 03. B = µ ⋅ i / 2πr = 4π ⋅ 10–7 ⋅ 5 / 2π0,2 B = 5,0 ⋅ 10–6 T Regra da mão direita. Penetrando na folha de papel. Resposta: E 04. v � mF � B � i Resposta: A 05. Dados: n = 5000; L = 1 m; i = 0,2 A; µ = 4π · 10–7 uSI Logo: B = µ ⋅ (N/L ⋅ i = 4µ · 10–7 · 500 · 0,2 = 4π · 10–4 Resposta: A 06. A força magnética comporta-se como força centrípeta. Logo: qvB m v R v qBR m q m BR v m s= → = = → = =− 2 8 3 510 0 4 10 10 4 0 10· , · · , · ./ qvB m v R v qBR m q m BR v m s= → = = → = =− 2 8 3 510 0 4 10 10 4 0 10· , · · , · ./ Resposta: A 07. F I F III I II III v B⊗ Partícula I sobe. Logo, FI para cima. Aplicando a regra da mão esquerda, não precisamos inverter FI . Logo, I é positiva, isto é, feixe de prótons. De modo análogo, concluímos que III é negativa: feixe de elétrons. II atravessa o campo sem desvio: feixe de nêutrons. Resposta: E 08. Sendo I igual a 40; R igual a 0,2 metros; e a constante igual a B = 4π · 10–7 · 40/2 · 0,2 = 4π · 10–5 Resposta: B = 4π · 10–5 T 09. Usando a regra da mão direita: B � F � v � B � F � v � +– Resposta: D 10. Através a regra da mão direita se encontra o campo magnético, que neste caso é perpendicular ao plano. Veja a figura abaixo: Linhas de indução Linhas de indução Resposta: A 11. Com a regra da mão direita, finja que está segurando um bastão: a ponta dos dedos indica o sentido da corrente e o polegar indica o sentido do campo. Neste caso, i circula o solenoide, sendo B paralelo ao eixo. Resposta: B 12F B O N L I N E . C O M . B R ////////////////// Módulo de estudo OSG.: 120991/17 12. A opção C está errada, pois: B n i R = · ·µ 2 Logo, a intensidade do campo magnético, no centro da espira, depende do raio desta. Resposta: C 13. A intensidade do campo magnético no interior de um solenoide depende: B n i� � = µ · · Resposta: D 14. Um campo magnético no qual em todos os pontos o vetor indução magnética tem a mesma intensidade, a mesma direção e o mesmo sentido é chamado campo magnético uniforme. As linhas de indução de um campo magnético uniforme são retas, paralelas, igualmente espaçadas. Obtém-se, aproximadamente, um campo magnético uniforme entre duas faces polares norte e sul. Veja: N B � S B � B �B � B � B � Resposta: A 15. Usando a regra da mão direita, concluímos que os sinais das cargas dessas partículas são: K é negativa, L é neutra e M é positiva. Resposta: C 16. Usando a regra da mão direita envolvente: N S B � i Resposta: B 17. Pela regra da mão direita, teremos: – mF ��� V �� Resposta: E 18. Decoreba fundamental: o campo elétrico sai do mais e chega no menos. Logo, o elétron vai para cima, contra o campo. Usando a mão esquerda, porque é carga negativa, e lembrando: os 4 dedos acompanham o campo, para cima; o dedão acompanha a velocidade, para a direita; a palma da mão esquerda mostra a força para dentro da página. Juntando pra cima e pra dentro, dá a região 1. BC DA + – e B � B � E � ν � Região 1 Região 2 Região 3 Região 4 Resposta: A 19. Dados: B = 5 · 10–4 T q = 1,6 · 10–19 C F = 1 · 10–14 N Logo: F q v B v F q B m s = ⇒ = ° = ⇒ ⇒ = − − − V 1 4 10 16 10 5 10 1 25 10 14 19 4 8 , , , / · · · · · .. Resposta: E 20. Usando a regra da mão direita, o elétron é submetido a uma força perpendicular para fora da página. Para equilibrar, a força elétrica deverá ser perpendicular e entrando na página. Portanto, o campo elétrico deve estar saindo da página. Logo: qvB qE E vB= → = . Resposta: B 21. A corrente induzida pela Lei de Lenz deve aumentar o fluxo magnético na espera, já que, com afastamento do ímã, ele está diminuindo, logo a corrente induzida deve ter sentido horário. Resposta: E 22. Aplique a regra da mão direita, palma da mão estendida, encontramos a alternativa A. Resposta: A 23. F F F B i B B v R F F N Pot m= ⇒ = ⋅ ⋅ ⇒ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ = ⋅ − l l l ( , ) ( , ) , , 2 0 0 2 2 0 10 3 2 10 2 2 2 == = ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ = ⋅ − E R B v R Pot W 2 2 2 2 2 0 0 2 2 0 10 6 4 10 ( ) ( , , , ) , l Resposta: 6,4 · 10–2 W 13 F B O N L I N E . C O M . B R ////////////////// OSG.: 120991/17 Módulo de estudo 24. i E R i B v R i i A = ⇒ = ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ = l 0 50 0 20 10 0 50 2 0 , , , , i i: horário iF m v B R Resposta: B 25. F i i d m = µ π 1 2 2 l : Fm é inversamente proporcional a d e é de atração. Resposta: B 26. fio 1 fio 2 LK i i ⊗ ⊗ B 1 B 2 B 1 B 2 Ponto L B B B Ponto K B B B B B : : � � � � � � � = + ⊗ > = + 1 2 1 2 1 2 : : Resposta: D 27. Para que a lâmina bimetálica vergue para a direita, empurrando o braço atuador, o metal X deve ter coeficiente de dilatação maior que o do metal Y(ax > ay). Pela regra prática da mão direita, a extremidade esquerda do eletroímã é um polo sul, e a extremidade direita, um polo norte; portanto, o vetor indução magnética no interior do eletroímã é para a direita. Resposta: C 28. i E R r i i A F P B i m g B m = + ⇒ = + ⇒ = = ⇒ ⋅ ⋅ = ⋅ ⇒ ⇒ ⋅ ⋅ = ⋅ − 4 8 0 10 0 02 40 40 0 10 5 10 , , , , l 33 310 12 5 10⋅ = ⋅ −B T, Resposta: A 29. Para anular o campo magnético, o sentido deve ser contrário ao da primeira e com metade da intensidade da corrente. Resposta: sentido anti-horário e valor igual a i/2. 30. S N F 1 F 2 i i A agulha deflete no sentido horário. F2 �� é mais intensa que F1 porque o polo sul magnético S da agulha fica mais perto do solenoide, em uma região em que a intensidade do vetor indução magnética, criado por ele, é maior que na região em que está o polo norte magnético N da agulha. Resposta: C 31. I. Os ímãs são indivisíveis. Partindo um ímã você gera dois novos ímãs com polos norte e sul. II. Polos de mesmo nome se repelem e nomes diferentes se atraem. III. Os materiais ferromagnéticos, tipo ferro, têm como características se imantarem, logo serão atraídos por ímãs. Resposta: B 32. Dados: n = 5; r = 3 cm = 3 · 10–2 m; ∆B = (3,5 – 1) = 2,5 T; ∆t = 9 ms = 9 · 10–3 s; π = 3. Logo: E t n BA t n B r t m = = = = ( ) = − − ∆Φ ∆ ∆ ∆ ∆ ∆ π 2 2 2 3 5 2 5 3 3 10 9 10 5 2 5 3 9 · · · · · · · · ·, , 110 9 10 3 75 4 3 − − ⇒ = · E Vm , E t n BA t n B r t m = = = = ( ) = − − ∆Φ ∆ ∆ ∆ ∆ ∆ π 2 2 2 3 5 2 5 3 3 10 9 10 5 2 5 3 9 · · · · · · · · ·, , 110 9 10 3 75 4 3 − − ⇒ = · E Vm , E t n BA t n B r t m = = = = ( ) = − − ∆Φ ∆ ∆ ∆ ∆ ∆ π 2 2 2 3 5 2 5 3 3 10 9 10 5 2 5 3 9 · · · · · · · · ·, , 110 9 10 3 75 4 3 − − ⇒ = · E Vm , Resposta: E 33. A passagem da corrente elétricapelo fio faz a agulha da bússola indicar a direção norte, sul magnética da Terra. A passagem da corrente elétrica no fio faz surgir outro campo magnético, devido a essa passagem a agulha da bússola irá indicar outra posição que é obtida pela soma vetorial dos dois campos magnéticos, ou seja, → B RES. = B TERRA + B FIO → → , portanto a esfera permanece na mesma posição, pois está em repouso. Resposta: A 34. Os dois campos B 1 e B 2 devem se anular. B 1 = µi 1 /2R 1 → B 1 = µi 1 /0,8R 2 B 2 = µi 2 /2R 2 Logo: B 1 = B 2 → µi 1 /0,4R 2 = µi 2 /2R 2 → I 1 /I 2 = 0,4 Resposta: A 35. No estudo do magnetismo, só os ímãs sofrem repulsão, logo CD e EF são ímãs. Resposta: B 36. Conhecendo a equação que calcula a intensidade do campo magnético, com movimento perpendicular ao campo: B F q v B B T= ⋅ ⇒ = ⋅ ⋅ ⋅ ⇒ = ⋅− 1 16 10 3 10 2 08 10 19 8 10 , , Resposta: 2,08 · 1010 T 14F B O N L I N E . C O M . B R ////////////////// Módulo de estudo OSG.: 120991/17 37. Para calcularmos a força magnética que age sobre esta partícula, devemos lembrar da equação do campo magnético, generalizando para direções arbitrárias de “lançamento”. Ou seja: B F q v sen F B q v sen F sen F= ⋅ ⋅ ⇒ = ⋅ ⋅ ⇒ = ⋅ ⋅ ⋅ ⇒ = θ θ· , º100 0 0002 200000 30 2000 NN B F q v sen F B q v sen F sen F= ⋅ ⋅ ⇒ = ⋅ ⋅ ⇒ = ⋅ ⋅ ⋅ ⇒ = θ θ· , º100 0 0002 200000 30 2000 NN Resposta: 2000 N 38. I. Os materiais ferromagnéticos, tipo o ferro, podem ser imantados temporariamente. II. Os ímãs são indivisíveis. Partindo um ímã você gera dois novos ímãs com polos norte e sul. III. Polos de mesmo nome se repelem e nomes diferentes se atraem. Resposta: D 39. A) Para os casos onde o ângulo formado entre o campo magnético e a corrente é igual a 0, a força exercida pelo campo é 0, pois: F = B ⋅ i ⋅ ∆1 ⋅ sen q Mas sen 0º = 0, portanto, F = 0. B) Para os casos onde o ângulo formado entre o campo magnético e a corrente é reto (90º), a força exercida é dada por: F = B ⋅ i ⋅ ∆1 ⋅ sen q Mas sen 90º = 1, então: F = B ⋅ i ⋅ ∆L C) No caso onde o ângulo formado entre o campo magnético e a corrente é diferente de 0º, 90º e seus equivalentes nos demais quadrantes, usamos: F B i sen F F N= ⋅ ⋅ ⋅ ⇒ = ⋅ ⋅ ⋅ ⇒ = ⋅ −∆1 0 0002 2 0 2 1 2 4 10 5θ , , 40. S N NS B Resposta: B 41. R m v q B = ⋅ ⋅ ⇒ Diminuindo q, aumenta R. Resposta: B 42. O eixo da turbina gira no interior de um campo magnético. Ao girar, ocorre variação do fluxo magnético, gerando força eletromotriz induzida, de acordo com a Lei de Faraday. Resposta: A 43. Neste caso ( v B , ou seja, q = q ou 0º = 180º) os elétrons do feixe descrevem M.R.U. Logo, não são desviados e sua energia cinética não se altera. Resposta: D 44. A repulsão é sempre mais conclusiva que a atração. Veja a questão. Se B repele E, então as barras 1 e 3 estão imantadas. Claro, poderíamos concluir que os polos B e E são iguais, mais seria desnecessário à solução. Por outro lado, a barra 2, do meio, é atraída tanto por 1 quanto por 3, dos seus dois lados. Logo, não tem polos, age como um pedaço de ferro comum que é atraído por qualquer parte de um ímã. Resposta: B 45. Somente cargas em movimento geram campo magnético, em repouso não. Resposta: D SUPERVISOR/DIRETOR: Marcelo Pena – AUTOR: Andrew Aquino DIG.: Renan – REV.: Tereza