30ª aula
Terceiro fenômeno eletromagnético
Borges e Nicolau
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1 - Fluxo magnético de um campo uniforme através de uma espira plana
É por definição a grandeza escalar:
Φ = B . A . cos θ
x
em que θ é o ângulo entre o vetor B e a normal n à área da espira.
Unidades no Sistema Internacional
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2 - Interpretação física
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3 - O fenômeno da Indução eletromagnética
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Quando o fluxo magnético varia na superfície de uma espira, surge na espira uma corrente elétrica denominada corrente elétrica induzida.
• Variando-se B. Por exemplo, aproximando-se ou afastando-se o ímã da espira.
• Variando-se A. Por exemplo, deformando a espira
• Variando-se o ângulo θ: girando-se a espira
5 - Lei de Lenz
O sentido da corrente induzida é tal que, por seus efeitos, opõe-se á causa que lhe deu origem.
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Ao aproximarmos da espira o polo norte do ímã surge na face da espira, voltada ao ímã, um polo que se opõe à aproximação. Trata-se, portanto, de um polo norte. Isto significa que o campo gerado pela corrente induzida está saindo desta face. Pela regra da mão direita número 1 concluímos que a corrente induzida tem sentido anti-horário, vista pelo observador O.
Ao afastarmos da espira o polo norte do ímã surge na face da espira, voltada ao ímã, um polo que se opõe ao afastamento. Trata-se, portanto, de um polo sul. Isto significa que o campo gerado pela corrente induzida está chegando a esta face. Pela regra da mão direita número 1 concluímos que a corrente induzida tem sentido horário, vista pelo observador O.
Face norte => sentido anti-horário
Face sul => sentido horário
Exercícios básicos
Exercício 1:
Uma espira retangular de área A = 65 cm² está imersa num campo magnético uniforme de intensidade B = 4.10-2 T. Determine o fluxo do campo magnético através da espira, nos casos:
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Exercício 2:
A espira circular de área A = 5.10-3 m2 passa da posição (1) para a posição (2) estando imersa num campo magnético uniforme de intensidade B = 3.10-3 T. Determine a variação do fluxo magnético através da espira.
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Exercício 3:
Determine o sentido da corrente elétrica induzida para o observador O, nas situações mostradas na figura: em (a) o ímã aproxima-se da espira e em (b), afasta-se.
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Exercício 4:
Determine o sentido da corrente elétrica induzida para o observador O, nas situações mostradas na figura: em (a) a espira aproxima-se do ímã e em (b), afasta-se.
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Exercício 5:
Um ímã aproxima-se de uma espira, a atravessa e depois afasta-se. Determine o sentido da corrente elétrica induzida para o observador O, durante a aproximação e durante o afastamento.
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Exercício 6:
Considere um ímã e uma espira dispostos conforme a figura.
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Analise os casos abaixo e indique em quais deles surge corrente elétrica induzida na espira.
I) O ímã e a espira estão em repouso.
II) O ímã e a espira movem-se para a direita com a mesma velocidade.
III) O ímã e a espira movem-se para a esquerda com a mesma velocidade.
IV) O ímã aproxima-se da espira que está fixa.
V) O ímã afasta-se da espira que está fixa.
VI) O ímã está fixo e a espira gira em torno do eixo r.
VII) O ímã está fixo e a espira gira em torno do eixo s.
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Exercícios de Revisão
Revisão/Ex 1:
(EEM-SP)
Um fio condutor em forma de anel, com raio R = 5 cm, está numa região do espaço em que existe um campo de indução magnética uniforme de intensidade B = 1 T. A direção do vetor indução magnética forma com o plano do anel um ângulo de 30º. Calcule o fluxo do campo magnético B através do anel. (Adote π = 3).
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Revisão/Ex 2:
(UFMG)
Um fio de cobre, enrolado na forma de uma espira, está fixado em uma região, onde existe um campo magnético B, como mostrado na figura. Esse campo tem o mesmo módulo em toda a região em que se encontra a espira, é perpendicular ao plano da página e dirigido para dentro desta, como representado, na figura, pelo símbolo X. O módulo desse campo magnético varia com o tempo, como representado no gráfico. Considerando-se essas condições, é correto afirmar que há uma corrente elétrica induzida na espira:
a) apenas na região II do gráfico.
b) apenas na região III do gráfico.
c) apenas nas regiões I e III do gráfico.
d) nas três regiões do gráfico.
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Revisão/Ex 3:
(FAAP-SP)
Num fio condutor fechado, colocado num campo magnético, a superfície determinada pelo condutor é atravessada por um fluxo magnético. Se por um motivo qualquer o fluxo variar, ocorrerá:
a) curto-circuito
b) interrupção da corrente
c) o surgimento de corrente elétrica no fio condutor
d) a magnetização permanente do condutor
e) a extinção do campo magnético.
Revisão/Ex 4:
(U.F.VIÇOSA-MG)
As figuras abaixo representam uma espira e um imã próximos.
Das situações abaixo, a que NÃO corresponde à indução de corrente na espira é aquela em que:
a) a espira e o imã se afastam;
b) a espira está em repouso e o imã se move para cima;
c) a espira se move para cima e o imã para baixo;
d) a espira e o imã se aproximam;
e) a espira e o imã se movem com a mesma velocidade para a direita.
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Revisão/Ex 5:
(MACKENZIE)
A figura representa uma espira circular de raio r, ligada a um galvanômetro G com "zero" central. O imã pode mover-se nos sentidos C ou D.
Considere as afirmativas:
I. Se o imã se aproximar da espira, aparecerá na mesma uma corrente com o sentido A.
II. Se o imã se afastar da espira, aparecerá na mesma uma corrente com o sentido A.
III. Se os polos do imã forem invertidos e o mesmo se aproximar da espira, aparecerá na mesma uma corrente com sentido B.
Assinale:
a) Só a afirmativa I é correta.
b) Só a afirmativa II é correta.
c) São corretas as afirmativas I e III.
d) São corretas as afirmativas II e III.
e) nenhuma das afirmativas anteriores.
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b
Desafio:
Considere uma espira retangular ABCD, indicada na figura. A espira está imersa num campo magnético uniforme B que tem a direção e o sentido do eixo z e intensidade B = 2,0.10-3 T. Determine o fluxo magnético do campo na superfície da espira.
A resolução será publicada na próxima quarta-feira.
Resolução do desafio anterior:
Um condutor em forma de "L" está imerso num campo magnético uniforme B, conforme a figura.
Seja i = 5,0 A a intensidade da corrente elétrica que percorre o condutor e Bx=x4,0.10-2 T a intensidade do campo magnético. Determine a intensidade da força magnética resultante que age no condutor.
Resolução:
F1 = B.i.L1
F1 = 4,0.10-2.5,0.0,40
F1 = 8,0.10-2 T
F2 = B.i.L2
F2 = 4,0.10-2.5,0.0,30
F2 = 6,0.10-2 T
Cálculo da intensidade da força resultante
FR2 = F12 + F22
FR2 = (8,0.10-2)2 + (6,0.10-2)2
FR2 = 100.10-4 => FR = 1,0.10-1 N
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