UFCG-2021.1-Aula 6. Instrumentação III. Leis de Ampère e Faraday no nível do ensino médio, professor Rafael, nesta sexta, 10. Veja o vídeo

Nesta Aula 06 da disciplina de Instrumentação III, da UFCG-2021.1, nesta sexta-feira, 10 de dezembro, será visto a continuação das aplicações da Eletricidade, magnetismo e o eletromagnetismo para a educação básica. 

O físico e químico britânico Michael Faraday(nasceu em Newington, 22-9-1791, faleceu em Hampton Court, 25-8-1867) pai da eletricidade, motor elétrico e gerador elétrico,  idealizou as linhas de forças dos campos elétrico e magnético, para superar sua dificuldade com a matemática. Em 29 de agosto e 1831, ele publicou a lei de indução eletromagnética.

EXERCÍCIOS RESOLVIDOS

Em 1820, por acaso, Hans Cristian Oerested, ao esquecer  sua bussola perto de um circuito elétrico, quando voltou para pegar, ele percebeu que ela estava apontando em outra direção. Depois esta descoberta incrível começou a busca pela equação para descrever este fenômeno. Ampére venceu a corrida  para encontrar a relação entre o campo magnético e a corrente elétrica.

  

LEIS DE AMPÈRE 

 De acordo com a lei de Ampère(André Marie Ampère) para corrente estacionária de um condutor com uma corrente i, no ensino médio, ´é dada por ΣBΔLcosΘ = μi, com μ sendo a constante de permeabilidade magnética, o somatório é sobre o caminho fechado em torno do respectivo condutor e Θ é o ângulo entre os vetores L e B () . Considerando um condutor retilíneo, ambos vetores são paralelos e o cosΘ = 1. Neste caso, a lei de Ampère torna-se 

ΣBΔL = μi ⇒ BΣΔL = μi. 

O somatório é somente sobre a circunferência de raio r, pois devido a simetria o campo magnético fica constante e, por sua vez, vale μi dividido pelo comprimento da circunferência, ou seja, o campo magnético em um ponto r distante do condutor retilíneo resulta em  

ΣΔL = 2πr ⇒ B = μi /2πr . 

Leia mais

O que significa uma corrente de um ampère?

Considere dois  fios no vácuo de comprimentos infinitos, paralelos com a distância de separação de um metro, tendo uma corrente de um ampère, produzindo uma força magnética entre eles de  2x10^-7 N/m.

Prove que o campo magnético de uma bobina chata é dado por 

B = nμi /2πR, 

com n sendo o número de espiras e R o raio.

Segue também uma questão do ENEM 2018 sobre bateria de Lítio, com o link no final desta postagem.

Veja o vídeo com os estudantes da disciplina de instrumentação III, período 2018.2, UFCG, campus Cuité, fazendo algumas demonstrações de eletromagnetismo, cuja turma pertence ao curso de Licenciatura em Física. Naquele período, esta disciplina foi ministrada pelos professores Joseclésio e Rafael. https://rafaelrag.blogspot.com/search?q=Instrumenta%C3%A7%C3%A3o+III

Cada estudante da disciplina de Instrumentação III é para fazer o seu motor elétrico.

(Enem/2019) Grupos de pesquisa em todo o mundo vêm buscando soluções inovadoras, visando a produção de dispositivos para a geração de energia elétrica. Dentre eles, pode-se destacar as baterias de zinco-ar, que combinam o oxigênio atmosférico e o metal zinco em um eletrólito aquoso de caráter alcalino. O esquema de funcionamento da bateria zinco-ar está apresentado na figura.

No funcionamento da bateria, a espécie química formada

no ânodo é

A) H2 (g).

B) O2 (g).

C) H2O (l).

D) OH− (aq).

E) Zn(OH)4 2− (aq).

Solução

Inicialmente é preciso lembrar de que o ânodo é o eletrodo onde ocorre a oxidação (no cátodo ocorre a redução).
Analisando o esquema fornecido, no eletrodo poroso entra O₂ (Nox = 0) e sai OH^– (Nox O = -2). Isso significa que no eletrodo poroso o oxigênio sofreu redução. Logo, o eletrodo poroso é o cátodo.

No eletrodo de zinco formou-se Zn(OH)₄^2-. O zinco metálico tem NOx = 0. No Zn(OH)₄^2- o zinco tem NOx igual a +2 (sofreu oxidação). Logo, o eletrodo de zinco é o ânodo e a substância formada é o Zn(OH)₄^2-.
Resp.: E

Refazer também a questão do ENEM 2018, clique em, 

https://rafaelrag.blogspot.com/2021/09/questao-do-enem-2018-baterias-de-litio.html 

SUGESTÕES PARA A RESOLUÇÃO DA LISTA III

  

Regra da mão Direita

O sentido do campo magnético é dado pela regra da mão direita, colocando o dedo polegar no sentido da corrente, ao segurar o fio, as pontas dos demais dedos indicam o sentido do campo magnético, tangente a linha que circula o fio. Se for entrando no papel indicamos por um por um ponto dentro de um pequeno círculo(seria a ponta da flecha do vetor indução campo magnético). Se for saindo do papel indicamos por um pela letra x dentro de um pequeno círculo(seria a extremidade da flecha do vetor indução campo magnético. 

2) Uma aplicação da lei de Lenz do eletromagnetismo. O sinal negativo na  lei de Faraday,

ε= −ΔΦ /Δt , 

com a variação do fluxo magnético, no ensino médio, sendo dado por 

ΔΦ = ΣΔA | B| cosΘ

significa que corrente induzida tende a se opor aquilo que a criou.

No momento em que o centro do ímã passar pela expira ocorrerá a inversão da variação do fluxo magnético, neste momento tendo a corrente nula.  Este fluxo aumenta sempre que o polo Norte se aproximar da espira.

6) 

A força sobre o fio é F=BiLsen(𝚹) 

Dados:

𝚹=𝛑/2

i=6,0 ampères

B=2,0 N/A.m(tesla)

F/L=?

 7)

Usando o mesmo raciocínio da questão 2. O  fluxo magnético aumenta sempre que o polo Norte se aproximar da espira.

 No momento em que o centro do ímã passar pela expira ocorrerá a inversão da variação do fluxo magnético, neste momento tendo a corrente nula.

Usando a lei de Lenz(nasceu em 1804 e morreu em 1864), descoberta em 1834, quando o Norte do ímã se aproximar da espira, ela vai se afastar, pelo surgimento de um campo magnético contrário ao fluxo magnético do ímã. Quando o ímã passar pelo meio da espira, a corrente induzida será nula.

No terceiro caso, ocorrerá o surgimento de uma corrente induzida no sentido horário.

8) 

Observe  que as linhas de força do campo eletromagnético em um ímã. Elas saem do polo Norte e entram no polo Sul.

9)

Quando o ímã chegar nos pontos x=-1 ou x=1, ele vai parar.  Nestas situações, ainda existirá fluxo magnético, mas não terá sua variação.

10) Usamos também a lei de Lenz.

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