Aula 28-25.1-Instrumentação II, Lista IX-Motores elétricos de corrente contínua e corrente alternada, nesta sexta, 19/09

 

Professor Rafael Rodrigues, dúvidas na sua sala da UFCG, campus Cuité,  tirando dúvidas  dos estudantes da turma de instrumentação II. Ele mostrou os Motores elétricos de corrente contínua e corrente alternada adquiridos junto a empresa Fractal.ind.br, por R$350,00, no encontro Potiguar de Física, realizado no Hotel Serrano, na cidade turística de Martins-RN, nos dias 11 de 12 de setembro.

                              Motor elétrico corrente alternada, acendendo a lâmpada de 210V.

                                           Motor elétrico e corrente contínua.

A live sobre experiência de Física com materiais de baixo custo, coordenada pelo professor Rafael Rodrigues, na sala de aula 10 do bloco i da central de aula da UFCG, campus Cuité, será disponível aqui e acontecerá nesta sexta-feira, 19, beneficiando os estudantes que não estão conseguindo vim à tarde porque trabalham durante o dia.

No início da live com estudantes de Instrumentação I e II usamos o  kit do pêndulo simples feito pelo quilombola William Santos,

egresso do curso de Licenciatura em Física da UFCG, campus Cuité. Ele agora é pós-doutorando da UFJF.

 

Texto parcialmente em LaTeX:

UFCG-CES-UAFM

Instrumentação II    Lista IX

Professor Rafael Rodrigues

Estudante:_________________________________________________________

Aplicações da lei de Ampère.

1) Um fio de cobre retilíneo e comprido é percorrido por uma corrente de intensidade de 3A.

Qual a intensidade do vetor indução magnética num ponto situado a 50cm do fio?

Solução.

Dados:

  Intensidade da corrente (I): 3 A

 Distância do fio (r): 50 cm, que é igual a 0,5 m

Vamos calcular a intensidade do vetor indução magnética (B)  usando a lei de Ampère.

B = \frac{\mu_0 i}{2 \pi r}

No SI, a constante de permeabilidade magnética no vácuo é dada por:

mu_0=4\pi \times 10^{-7}  \frac{\text{T} \cdot \text{m}}.

 

Notação do latex:

 \frac{\text{T} \cdot \text{m}}{\text{A}}=Tm/A.

Substituindo os novos valores:

B = \frac{(4\pi \times 10^{-7} \frac{\text{T} \cdot \text{m}}{\text{A}}) \cdot (3 \text{ A})}{2 \pi \cdot (0,5 \text{ m})}

B = \frac{12\pi \times 10^{-7}}{1 \pi} \text{ T}

B = 12 \times 10^{-7} \text{ T}

B = 1,2 \times 10^{-6} \text{ T}

A intensidade do vetor indução magnética, com os novos dados, torna-se:

B=1,2 x 10^{-6} T.

2)  Em relação a questão anterior, o fio de cobre retilíneo e comprido é percorrido por uma corrente de intensidade i. Qual o valor dessa corrente, considerando a intensidade do vetor indução magnética 2 \times 10^{-5} T num ponto situado a 30cm do fio?

Leia mais.

3) Considere dois fios de cobre retilíneos e compridos percorridos por correntes elétricas em sentido contrário de intensidades i_A=60A e i_B=90A. A distância entre eles é de 30cm. Qual a intensidade do vetor indução magnética resultante, nos a) pontos 8cm a b) esquerda do fio A e a 12cm a direita do fio A? A corrente no do fio A é saindo e a corrente do fio B é entrando.

Solução

O campo magnético entre os dois fios tem a mesma direção. No fio A, a corrente está saindo e no fio B ela está no sentido entra no plano da folha.

Usando a Lei de Ampère,

B=\mu_o i/2πr

Módulo do campo magnético resultante:

a) A esquerda do fio A, torna-se:

B_R=B_A-B_B

b)  A direita do fio A, torna-se:

B_R=B_A+B_B

4) Agora vamos considerar uma espira retangular com área de 80 cm quadrado está imersa em um campo de indução magnética uniforme de 2,6 tesla. O plano da espira é perpendicular as linhas de indução. Determine o valor da força eletromotriz induzida média na espira se o campo for desligado durante dois segundos.

Solução. 

Para resolver esse problema, vamos usar a Lei de Faraday da Indução Eletromagnética. A força eletromotriz (fem) induzida média ($$\mathcal{E}_{m}$$) em uma espira é dada pela variação do fluxo magnético ($$\Delta\Phi$$) dividido pelo intervalo de tempo ($$\Delta t$$), ou seja, 

$$\mathcal{E}_{m} = -\frac{\Delta\Phi}{\Delta t}$$

Primeiro, vamos calcular o fluxo magnético inicial ($$\Phi_{i}$$). O fluxo magnético é o produto da intensidade do campo magnético ($$B$$), da área da espira ($$A$$) e do cosseno do ângulo ($$\theta$$) entre o campo e a normal (perpendicular) à espira.

Dados.

Campo magnético ($$B$$): 2,6 T

Área da espira ($$A$$): 80 cm² = 80 x $$10^{-4}$$ m² = 0,008 m²

Ângulo ($$\theta$$): Como o plano da espira é perpendicular às linhas de indução, o vetor normal à espira é paralelo ao campo. Portanto, o ângulo é $$0^{\circ}$$.

$$\Phi_{i} = B \cdot A \cdot \cos(0^{\circ})$$

$$\Phi_{i} = 2,6 \text{ T} \cdot 0,008 \text{ m}^2 \cdot 1$$

$$\Phi_{i} = 0,0208 \text{ Wb}$$

Quando o campo é desligado, o fluxo magnético final ($$\Phi_{f}$$) será zero.

$$\Phi_{f} = 0$$

Agora, podemos calcular a variação do fluxo magnético ($$\Delta\Phi$$):

$$\Delta\Phi = \Phi_{f} - \Phi_{i}$$

$$\Delta\Phi = 0 - 0,0208 \text{ Wb}$$

$$\Delta\Phi = -0,0208 \text{ Wb}$$

O tempo ($$\Delta t$$) é 2 segundos.

Por fim, vamos calcular a força eletromotriz induzida média:

$$\mathcal{E}_{m} = -\frac{\Delta\Phi}{\Delta t}$$

$$\mathcal{E}_{m} = -\frac{(-0,0208 \text{ Wb})}{2 \text{ s}}$$

$$\mathcal{E}_{m} = \frac{0,0208}{2} \text{ V}$$

$$\mathcal{E}_{m} = 0,0104 \text{ V}$$

Portanto, o valor da força eletromotriz induzida média na espira é de 0,0104 V.

5) Faça um projeto de construção de um kit de um motor elétrico de corrente contínua  e explique como funciona.

6) Utilizando materiais de baixo custo pode ser verificado as interações magnéticas.

Considere um fio longo sendo percorrido por uma corrente elétrica i_1 ao lado de outro fio paralelo com uma corrente i_2 no mesmo sentido da corrente i_1. Verifica-se experimentalmente que a força magnética sobre o fio com corrente i_2 será de atração e de intensidade proporcional as correntes, ao comprimento do fio e inversamente a distância de separação D:

F=k(i_1i_2 L)/D

A unidade de medida de corrente elétrica ampère(A) é definida a partir desse força entre os dois fios.

Distinguir os geradores de corrente contínua e corrente alternada.

Demonstração.

O campo magnético sobre o fio com corrente 1_2, torna-se:

A força  magnética sobre o fio 2 resulta em:

7) Convenção. Uma letra em negrito significa que ela é um vetor. Considere um elétron penetrando perpendicular em um campo magnético uniforme B, com velocidade v = 0,2cm/sj e em um certo ponto de sua trajetória circular ela fica sob ação de uma força magnética F= 4x10^(−2)Nk. Calcule o módulo, direção e sentido do campo magnético naquele ponto.

Atenção! Aqui j  e k são os vetores unitários nas direções y e z. Se o elétron penetrar sem ser perpendicular ao campo magnético a sua trajetória não será circular. Lembre-se que a relação entre os vetores força magnética e o campo magnético é dada pelo produto vetorial 

F = qvxB, 

com q sendo a carga elétrica da partícula, vxB, produto vetorial entre v e B. Portanto, os vetores v e B são perpendiculares ao vetor força magnética F.  

Quando um condutor de comprimento L for submetido por uma corrente I(A), a força magnética torna-se: 

F = BIL.

 A unidade do campo magnético B, no SI, é o T(Tesla).

8) ENEM 2015- Considere dois fios condutores retilíneos, extensos e paralelos, separados de 10 cm e situados no vácuo. Considere, também, que cada condutor  é percorrido por correntes elétricas cujos valores são i_1 = 4A e i_2 = 12A, em sentidos opostos. Nessa situação, pode-se caracterizar a força magnética, para cada metro linear dos fios, como sendo?

9) (ENEM/2011) O manual de funcionamento de um captador de guitarra elétrica apresenta o seguinte texto: Esse captador comum consiste de uma bobina, fios condutores enrolados em torno de um ímã permanente. O campo magnético do ímã induz o ordenamento dos polos magnéticos na corda da guitarra, que está próxima a ele. Assim, quando a corda é tocada, as oscilações produzem variações, com o mesmo padrão, no fluxo magnético que atravessa a bobina. Isso induz uma corrente elétrica na bobina, que é transmitida até o amplificador e, daí, para o alto-falante. Um guitarrista trocou as cordas originais de sua guitarra, que eram feitas de aço, por outras feitas de náilon. Com o uso dessas cordas, o amplificador ligado ao instrumento não emitia mais som, porque a corda de náilon 

a) isola a passagem de corrente elétrica da bobina para o alto-falante. b) varia seu comprimento mais intensamente do que ocorre com o aço. c) apresenta uma magnetização desprezível sob a ação do ímã permanente. d) induz correntes elétricas na bobina mais intensas que a capacidade do captador. e) oscila com uma frequência menor do que a que pode ser percebida pelo captador.

10) (ENEM/2014) As cercas elétricas instaladas nas zonas urbanas são dispositivos de segurança planejados para inibir roubos e devem ser projetadas para, no máximo, assustar as pessoas que toquem a fiação que delimita os domínios de uma propriedade. A legislação vigente que trata sobre as cercas elétricas determina que a unidade de controle deverá ser constituída, no mínimo, de um aparelho energizador de cercas que apresente um transformador e um capacitor. Ela também menciona que o tipo de corrente elétrica deve ser pulsante. Considere que o transformador supracitado seja constituído basicamente por um enrolamento primário e outro secundário, e que este último está ligado indiretamente à fiação. A função do transformador em uma cerca elétrica é 

a) reduzir a intensidade de corrente elétrica associada ao secundário. b) aumentara potência elétrica associada ao secundário. c) amplificar a energia elétrica associada a este dispositivo. d) proporcionar perdas de energia do primário ao secundário. e) provocar grande perda de potência elétrica no secundário.

xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

Professor Carlos Cherman da UFRN, explicando para o professor Rafael o funcionamento dos kits de indução eletromagnética no intervalo  do evento. 

Aulas anteriores,

Aula 26-Continuação da Lista VIII da Aula 16 e os links das aulas anteriores.

https://rafaelrag.blogspot.com/2025/09/aula-26-251-instrumentacao-ii-parte-da.html

Aula 25- Revisão de eletrostática, atividades para a primeira Nota

https://rafaelrag.blogspot.com/2025/08/aulas-25-20251-instrumentacao-ii.html

Aula 24- Atividade sobre associação mista de resistores

https://rafaelrag.blogspot.com/2025/08/aula-24-20251-instrumentacao-ii.html

Aulas 27 e 28 de ,Instrumentação I 

https://rafaelrag.blogspot.com/2025/09/aula-27-instrumentacao-ii-questoes-do.html

Aula 17-Sugestões para resolver a lista Lista VII.

https://rafaelrag.blogspot.com/2025/08/aula-17-instrumentacao-ii-sugestoes.html

Blog rafaelrag