Aula 10-Instrumentação II-UFCG-24.2-Lista V- Professor Rafael, nesta quarta, 12. Aplicações das Leis de Ampère e Faraday do Eletromagnetismo.

 

Professor Rafael, em frente a biblioteca da UFCG, campus Cuité.

Veja  um Resumo da Teoria de associação mista de capacitores, visto na live do final de ano.

 

Link.

https://rafaelrag.blogspot.com/2024/12/aula-5-instrumentacao-ii-ufcg-20242.html?m=1

Veja as sugestões para resolver a lista V, no final desta postagem. 

 

INSTRUMENTAÇÃO E CIÊNCIA DA NATUREZA E SUAS TECNOLOGIA

UAFM-CES-UFCG.

Lista V- Lei de Ampère e Lei de Faraday: partículas com cargas elétricas em movimento geram campos elétrico e magnético.

Professor: Rafael de Lima Rodrigues PERÍODO 2024.2

Aluno(a):__________________________________ Atenção! Boa Sorte. 12-02-25

Questões sobre o Eletromagnetismo do ENEM e Algumas Universidades Brasileiras

1- (Enem/2013) Desenvolve-se um dispositivo para abrir automaticamente uma porta no qual um botão, quando acionado, faz com que uma corrente elétrica i = 6 A percorra uma barra condutora de comprimento L = 5 cm, cujo ponto médio está preso a uma mola de constante elástica k = 5 × 10^-2 N/cm. O sistema mola-condutor está imerso em um campo magnético uniforme perpendicular ao plano. Quando acionado o botão, a barra sairá da posição de equilíbrio a uma velocidade média de 5 m/s e atingirá a catraca em 6 milisegundos, abrindo a porta.

2-(UFSC 2010) Pedrinho, após uma aula de Física, resolveu verificar experimentalmente o que tinha estudado até o momento. Para tal experimento, ele usou uma bobina com 50 espiras, um ímã preso a um suporte não condutor e uma lâmpada incandescente de 5 W de potência. O experimento consistia em mover o ímã para dentro e para fora da bobina, repetidamente.

Ao terminar o experimento, Pedrinho fez algumas observações, que estão listadas na forma de proposições.

Assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S).

a) O módulo da força eletromotriz induzida na bobina é diretamente proporcional à variação do fluxo magnético em função da distância.

b) É difícil mover o ímã dentro da bobina, pois o campo magnético de cada espira oferece uma resistência ao movimento do ímã. Isto é explicado pela Lei de Lenz.

c) Se a corrente na lâmpada for de 2 A, a força eletromotriz induzida em cada espira da bobina é 0,05 V.

d) A frequência do movimento do ímã no interior da bobina não interfere na luminosidade da lâmpada.

e) O trabalho realizado para mover o ímã para dentro e para fora da bobina é transformado integralmente em energia luminosa na lâmpada.

f) Para haver uma corrente induzida na bobina é necessário que o circuito esteja fechado.

3- (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.

4- (UFMS 2010)

O acelerador LHC colidiu dois prótons, girando em trajetórias circulares com sentidos opostos, sendo um no sentido horário e o outro no sentido anti-horário, veja a figura. Considere que as trajetórias dos prótons antes da colisão eram mantidas circulares devido unicamente à interação de campos magnéticos perpendiculares ao plano das órbitas dos prótons. Com fundamentos no eletromagnetismo, é correto afirmar:

a) A finalidade do campo magnético é apenas mudar a direção da velocidade dos prótons.

b) A finalidade do campo magnético é aumentar a energia cinética dos prótons.

c) O próton que está girando no sentido anti horário está submetido a um campo magnético que possui um sentido que está entrando no plano da página.

d) A força magnética aplicada em cada próton possui direção tangente à trajetória.

e) A força magnética aplicada em cada próton não realiza trabalho.

5- (UFPR 2010)

O desenvolvimento do eletromagnetismo contou com a colaboração de vários cientistas, como Faraday, por exemplo, que verificou a existência da indução eletromagnética. Para demonstrar a lei de indução de Faraday, um professor idealizou uma experiência simples. Construiu um circuito condutor retangular, formado por um fio com resistência total R = 5 Ω, e aplicou através dele um fluxo magnético Φ cujo comportamento em função do tempo t é descrito pelo gráfico ao lado. O fluxo magnético cruza perpendicularmente o plano do circuito. Em relação a esse experimento, considere as seguintes afirmativas:

A força eletromotriz induzida entre t = 2 s e t = 4 s vale 50 V.

A corrente que circula no circuito entre t = 2 s e t = 4 s tem o mesmo sentido que a corrente que passa por ele entre t = 8 s e t = 12 s.

A corrente que circula pelo circuito entre t = 4 s e t = 8 s vale 25 A.

A potência elétrica dissipada no circuito entre t = 8 s e t = 12 s vale 125 W.

Assinale a alternativa correta.

A) Somente as afirmativas 2 e 4 são verdadeiras.

B) Somente as afirmativas 2 e 3 são verdadeiras.

C) Somente as afirmativas 1, 3 e 4 são verdadeiras.

D) Somente as afirmativas 1 e 4 são verdadeiras.

E) As afirmativas 1, 2, 3 e 4 são verdadeiras.

6- (URCA 2018/1) A figura abaixo mostra dois fios retilíneos e muito longos, colocados paralelamente um ao lado do outro. As correntes i_1 e i_2 percorrem os fios 1 e 2, respectivamente, no mesmo sentido. Os fios estão separados por uma distância d. O ponto P está situado no ponto médio da distância de separação d entre esses fios. Os módulos dos campos magnéticos produzidos pelos fios 1 e 2 no ponto P, são respectivamente, iguais a 2B_o e B_o. O módulo do vetor indução magnética resultante no ponto P devido aos fios 1 e 2, é igual a: A) 3B_0 B) 2B_0 C) B_0/4 D) B_0/2 E) B_0 7- (UFRGS/2020) A figura representa um ímã suspenso verticalmente ao longo do eixo de uma bobina ligada a um galvanômetro. A deflexão do ponteiro do galvanômetro para direita/esquerda indica que a corrente elétrica fluindo na espira, vista desde o ponto de suspensão do ímã, tem sentido horário/anti-horário. Em t = 0, o ímã é liberado e cai. Considere três instantes de queda, (1), (2) e (3), mostrados abaixo. Leia mais Escolha a alternativa que indica, aproximadamente, a posição do ponteiro do galvanômetro nos instantes mostrados acima. 8- (UNESP/2016-2) Um ímã em forma de barra, com seus polos Norte e Sul, é colocado sob uma superfície coberta com partículas de limalha de ferro, fazendo com que elas se alinhem segundo seu campo magnético. Se quatro pequenas bússolas, 1, 2, 3 e 4, forem colocadas em repouso nas posições indicadas na figura, no mesmo plano que contém a limalha, suas agulhas magnéticas orientam-se segundo as linhas do campo magnético criado pelo ímã. Desconsiderando o campo magnético terrestre e considerando que a agulha magnética de cada bússola seja representada por uma seta que se orienta na mesma direção e no mesmo sentido do vetor campo magnético associado ao ponto em que ela foi colocada, assinale a alternativa que indica, correta e respectivamente, as configurações das agulhas das bússolas 1, 2, 3 e 4 na situação descrita. 9-(AFA/2020) Considere que a intensidade do campo magnético gerado por um ímã em forma de barra varia na razão inversa do quadrado da distância d entre o centro C deste ímã e o centro de uma espira condutora E, ligada a uma lâmpada L, conforme ilustrado na figura abaixo. A partir do instante t0 = 0, o ímã é movimentado para a direita e para a esquerda de tal maneira que o seu centro C passa a descrever um movimento harmônico simples indicado abaixo pelo gráfico da posição (x) em função do tempo (t). Durante o movimento desse ímã, verifica-se que a luminosidade da lâmpada L. 10- (Famerp/2016) Uma espira condutora e circular está fixa, suspensa por uma haste isolante rígida, na posição representada na figura. Um ímã em forma de cilindro, com seus polos magnéticos norte (N) e sul (S), move-se em linha reta a partir do repouso no ponto A, no instante inicial, t_0 = 0, até o ponto B, onde para novamente no instante t_2. A velocidade máxima do ímã, entre os pontos A e B, é atingida no instante t_1. O gráfico indica a velocidade escalar do ímã em função do tempo, entre os instantes t_0 e t_2.

Considerando os sentidos horário e anti-horário indicados na figura, é correto afirmar que, devido ao movimento do ímã, a corrente elétrica induzida na espira circulará
A) no sentido anti-horário entre t_0 e t_1 e entre t_1 e t_2.
B) no sentido horário entre t_0 e t_1 e entre t_1 e t_2.
C) no sentido horário entre t_0 e t_1 e no anti-horário entre t_1 e t_2.
D) no sentido anti-horário entre t_0 e t_1 e no horário entre t_1 e t_2.
E) no sentido anti-horário entre t_0 e t_1 e não haverá corrente induzida entre t_1 e t_2.

SUGESTÕES PARA A RESOLUÇÃO DA LISTA V

 

 

1-

Inicialmente é preciso admitir que, imediatamente antes da colisão, o sistema esteja em equilíbrio.
Usando o

 

Lembre-se que a velocidade média é a distância total é dividida pelo tempo gasto

V_m = x/t
Dados: v_m= 5 m/s, t= 6 x 10^-3 s
  ⇒  x = ?

Agora podemos usar a condição de equilíbrio, entre a força magnética F_mag=BiL e a força restauradora da mola, F_mola=kx, ou seja,

F_mag=F_mola
B i L = k x   (B = campo magnético)

 

Dados:

 i = 6A; L = 5 × 10^–2 m; com a constante elástica da mola k =  5 × 10^–2 N/cm e

 x = calculado acima)

B = (...)T

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,

 

ξ = −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.

 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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