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ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 1 Física Prof. Henrique Goulart Aula 12 – Eletromagnetismo estretegiavestibulares.com.br vestibulares.estrategia.com 2024 Exasi u t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 2 SUMÁRIO INTRODUÇÃO 4 1) MAGNETISMO 5 1.1. Ímãs e Materiais Magnéticos 5 1.1.1. Materiais Ferromagnéticos 6 1.1.2. Materiais Paramagnéticos 7 1.1.3. Materiais Diamagnéticos 7 1.2. Interações Magnéticas 7 1.3. Domínios Magnéticos 8 1.3.1. Inseparabilidade de Polos Magnéticos 13 1.4. Campo Magnético 15 1.5. Campo Magnético Terrestre 19 2) ELETROÍMÃS 23 2.1. Magnetismo Gerado por Fios Retilíneos 25 2.2. Magnetismo Gerado por Espiras Circulares 31 2.3. Magnetismo Gerado por Solenoides 34 3) FORÇAS MAGNÉTICAS 39 3.1. Força Magnética sobre Fios Percorridos por Corrente Elétrica 39 3.1.1. Força Magnética entre Fios Paralelos 45 3.1.2. Aplicações da Força Magnética sobre Fios: Motores! 48 3.2. Força Magnética sobre Partículas Eletricamente Carregadas 49 3.2.1. Trajetória Circular 56 3.2.2. Campo Elétrico x Campo Magnético 68 4) INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA 76 4.1. Lei de Faraday - Neumann 77 4.1.1. Fluxo Magnético 79 4.2. Lei de Faraday - Neumann - Lenz 85 4.3. Aplicações 93 4.4. Transformadores 99 5) RESUMO DA AULA 102 6) LISTA DE EXERCÍCIOS 110 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 3 Gabarito 134 7) LISTA DE EXERCÍCIOS RESOLVIDA E COMENTADA 135 CONSIDERAÇÕES FINAIS 177 VERSÕES DA AULA 178 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 178 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 4 INTRODUÇÃO Faaaaala, guerreira! Faaaaala, guerreiro! Tudo bem contigo?! Eu sou o Professor Henrique Goulart, um dos professores de Física aqui do Estratégia Vestibulares. Seja muito bem-vindo à nossa Aula 12 do Curso de Física! Estou muito feliz em ver que você conseguiu vencer todos os tópicos da aula anterior com sucesso! Nesta aula, vamos ver diversos tópicos de Eletromagnetismo. Como se dá o magnetismo em ímãs, o magnetismo gerado por correntes elétricas, as forças magnéticas sobre partículas eletricamente carregadas e sobre fios percorridos por corrente elétrica, além do fenômeno da Indução Eletromagnética. Minha guerreira, meu guerreiro, não esqueça que ao mesmo tempo que você tem este livro digital, em PDF, você também pode conferir a videoaula! Ah, também não esqueça que qualquer dúvida pode ser tirada diretamente pelo fórum de dúvidas! Ao finalizar esta aula, é esperado que você tenha desenvolvido e adquirido todas as ferramentas teóricas e práticas e seja capaz de resolver os exercícios específicos da banca da sua prova de vestibular. Prepara o café e o chocolate e vem comigo! t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 5 1) MAGNETISMO Por muito tempo, fenômenos elétricos e magnéticos foram tratados e estudados separadamente. Hoje, sabemos que estes fenômenos são intimamente ligados, formando uma área da Ciência chamada de Eletromagnetismo. A natureza dos fenômenos eletromagnéticos está associada à propriedade de carga elétrica, de maneira que a eletricidade pode ser gerada por cargas elétricas e por magnetismos variáveis, enquanto que o magnetismo é gerado por cargas elétricas em movimento e por eletricidade variável. 1.1. Ímãs e Materiais Magnéticos Os ímãs são objetos capazes de atrair muito fortemente outros com a ação de uma força magnética. Todos os ímãs têm, em sua composição, pelo menos um destes três elementos químicos: o Ferro, o Níquel e o Cobalto. Além disso, podemos localizar em um ímã, no mínimo, duas regiões magneticamente opostas, chamadas de polos. Nessas regiões, o magnetismo é mais intenso! Os polos magnéticos em um ímã se localizam na superfície. Sempre teremos, no mínimo, duas regiões magneticamente opostas em um ímã. Estes polos magneticamente opostos são chamados de Norte e Sul. Geralmente, a parte da peça onde se localiza o polo Norte Magnético em um ímã é identificado com a cor vermelha, enquanto que a parte da peça onde se localiza o polo Sul Magnético é identificado em azul. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 6 1.1.1. Materiais Ferromagnéticos Os materiais classificados como ferromagnéticos são fortemente atraídos pelos ímãs. Além disso, são os únicos que também podem se tornar um ímã permanente. Eles contêm em sua composição pelo menos um destes três elementos químicos: Ferro, Cobalto e Níquel. Logo, veja que são poucos os metais que grudam em ímãs! Somente os elementos Ferro, Cobalto e Níquel podem apresentar uma forte resposta magnética, sendo atraídos por ímãs, além de poderem armazenar uma propriedade magnética permanente, podendo se tornar ímãs. Esta resposta se deve à sua configuração eletrônica semelhante desses três elementos. Veja só: 𝐹𝑒: [𝐴𝑟] 3𝑑6 4𝑠2 𝐶𝑜: [𝐴𝑟] 3𝑑7 4𝑠2 𝑁𝑖: [𝐴𝑟] 3𝑑8 4𝑠2 Estes três elementos podem apresentar propriedades magnéticas muito evidentes pois seus respectivos elétrons do orbital "𝑑" da terceira camada podem ficar com seus spins magnéticos todos alinhados. O Spin é uma propriedade intrínseca de partículas subatômicas, assim como Carga Elétrica. O elétron é um ímã quântico! Assim como uma bússola responde ao magnetismo, os elétrons também respondem. Como os elementos podem conter todo um orbital eletrônico com spins alinhados, então um átomo de Ferro, bem como um de Cobalto ou de Níquel, possui propriedades magnéticas intrínsecas e se comporta como um ímã. Os ímãs são compostos de ligas metálicas como as de Alumínio-Níquel-Cobalto, conhecidos como ímãs de “alnico” (Al-Ni-Co), e as ligas de Neodímio-Ferro-Boro (Nd-Fe-Bo), conhecidos como ímãs “terras-raras” ou super ímãs. Os ímãs do tipo terras-raras são extremamente fortes! Figura 1: Ímãs de alnico (Al-Ni-Co) à esquerda e ímãs de neodímio (Nd-Fe-Bo) à direita. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 7 Existe uma infinidade de aplicações para ímãs. Eles são utilizados desde ferramentas e equipamentos eletrônicos, como motores elétricos e HDs de computadores, até suportes para fechadura de bolsas e portas de armários, além de brinquedos. 1.1.2. Materiais Paramagnéticos Os materiais paramagnéticos são muito fracamente atraídos por ímãs. Na prática, quando pegamos um ímã e aproximamos a um material deste grupo, não sentimos nada. Ou seja, estes materiais não grudam em ímãs. São exemplos de materiais paramagnéticos elementos como o Sódio (Na), Magnésio (Mg), Cálcio (Ca), Alumínio (Al) e o Lítio (Li). Veja que latas de refrigerante ou cerveja, bem como as que contém alimentos, não grudam em ímãs, pois são de alumínio. 1.1.3. Materiais Diamagnéticos Os materiais diamagnéticos são muito fracamente repelidos por ímãs. Na prática, quando pegamos um ímã e aproximamos a um material deste grupo, não sentimos nada. Ou seja, estes materiais não grudam em ímãs. São exemplos de materiais diamagnéticos elementos como o Ouro (Au), a Prata (Ag) e o Cobre (Cu). Além desses, vale citar que praticamente toda a matéria orgânica é diamagnética, como os tecidos de nosso corpo e alimentos como frutas e carnes, por exemplo. 1.2. Interações Magnéticas As interações magnéticas se dão a partir de forças entre os polos magnéticos, de forma que polos magneticamente opostos se atraem e polos magnéticos de mesmo tipo se repelem. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 8 Quando um ímã é aproximado a um objeto que não é imantado, mas é de material ferromagnético, este objeto acaba por ser atraídopor qualquer um dos polos magnéticos, não importando se é Norte ou Sul. Portanto, um corpo de material ferromagnético, quando induzido pelo magnetismo de um ímã, é atraído por qualquer polo. 1.3. Domínios Magnéticos Vimos que somente os materiais ferromagnéticos são atraídos fortemente por ímãs, bem como são os únicos que podem se tornar um. Os átomos de Ferro, Níquel e Cobalto se ligam com outros elementos e formam a matéria prima para os ímãs. Quando uma peça ferromagnética é formada, ela não é um ímã. Para se tornar um, é necessário que se faça um processo de magnetização. Para entender melhor como que um corpo de material ferromagnético é fortemente atraído por um ímã e pode se tornar um, precisamos falar sobre domínios magnéticos. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 9 Domínios magnéticos são as menores regiões, dentro dos materiais, com iguais orientações magnéticas locais. A orientação magnética pode ser representada por uma seta no sentido Sul-Norte, conforme a figura abaixo. Figura 2: Orientação Magnética. Em geral, uma peça de material ferromagnético tem seus domínios magnéticos embaralhados, desalinhados, com orientações aleatórias. Na figura abaixo, estão representados os domínios magnéticos em um parafuso de ferro. Quando um ímã é aproximado do parafuso, seu magnetismo induz a peça fazendo com que alguns dos domínios magnéticos fiquem alinhados de maneira a formarem um polo magnético oposto ao do aproximado, atraindo a peça. Se o ímã for afastado, os domínios da peça voltam a se desalinharem. Ou seja, a peça somente se comporta como um ímã quando estiver induzida magneticamente, próxima a um ímã. Para que um corpo de material ferromagnético se torne um ímã, ele precisa ser submetido a uma indução magnética capaz de alinhar e orientar seus domínios magnéticos preferencialmente em uma direção e sentido, e que eles não voltem a se embaralhar. Atração t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 10 Corpo Não Magnetizado Corpo Magnetizado Como a polarização magnética depende de como os domínios estão alinhados, podemos magnetizar uma mesma peça em diferentes configurações, inclusive formando mais que um par de polos Norte e Sul. Veja a situação na figura que segue. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 11 Portanto, ímãs podem assumir diferentes formatos e diversas configurações de polaridade, inclusive podendo apresentar mais polos magnéticos. Figura 3: Magnetização de um ímã em forma de U. Uma das maneiras de se magnetizar uma peça ferromagnética é a de aplicar um magnetismo muito intenso nela. Quando a indução magnética é muito forte, muitos dos domínios magnéticos se alinham e não mais voltam à posição anterior, fazendo com que o corpo fique imantado. Um detalhe importante sobre ímãs permanentes é a de que, assim como os domínios magnéticos podem ser alinhados tornando um corpo magnetizado, um ímã pode perder sua magnetização caso seus domínios, por algum motivo, se desalinhem. Geralmente, ímãs enfraquecem com o passar do tempo. Ao sofrer choques mecânicos, domínios magnéticos podem ir se desalinhando. Então, evite deixar ímãs caírem no chão ou se baterem em outros objetos. Além disso, aproximar um ímã de outro muito mais forte, também pode embaralhar ou, até mesmo, inverter seus domínios, enfraquecendo-o ou invertendo seus polos. Outro fator importante é a temperatura. Ímãs de Neodímio-Ferro-Boro perdem completamente sua magnetização quando aquecidos a cerca de 80°C. Isto ocorre porque a elevação da temperatura aumenta a agitação dos átomos, fazendo com que eles possam acabar girando e invertendo sua orientação magnética. A temperatura na qual um ímã perde completamente sua magnetização é chamada de Temperatura de Curie. Da mesma forma que um ímã perde completamente sua magnetização ao ser aquecido até o ponto de Curie, podemos reverter o processo fazendo com que a peça, previamente aquecida na temperatura de Curie, seja resfriada submetida a um campo magnético. Assim, os domínios magnéticos já vão automaticamente se alinhando durante o resfriamento. Quando a peça atinge a temperatura ambiente, ela já é um ímã! As fábricas de ímãs utilizam das duas técnicas para magnetizarem suas peças. Nosso planeta também! Isso mesmo! Os vulcões expelem lava, que nada mais é do que rocha derretida que, em muitos casos, é rica de materiais ferromagnéticos, como Ferro e Níquel. Ao resfriar, os domínios magnéticos acabam assumindo a configuração magnética do local. Como nosso planeta tem seu próprio magnetismo, sempre que uma lava rica em Ferro resfria, ela guarda a orientação magnética do campo magnético da Terra naquele momento. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 12 Exemplo: UFU 2012 Domínios magnéticos são aglomerados de bilhões de átomos organizados de forma alinhada. Num pedaço de ferro, por exemplo, os domínios não estão alinhados entre si; no entanto, alinhando-os, o material adquire características magnéticas, podendo tornar-se um ímã permanente. Para conseguir tal alinhamento nos domínios magnéticos, deve-se A) colocar pedaços de ferro sujeitos a um campo elétrico uniforme de alta intensidade, única direção e sentido. B) colocar pedaços de ferro sujeitos a um campo magnético intenso ou esfregá-los em um ímã permanente. C) ligar os pedaços de ferro a uma corrente contínua, de modo que a ddp estabelecida alinhe os domínios. D) atritar dois pedaços de ferro, entre si, sempre na mesma direção e com a mesma velocidade. Comentários Uma das maneiras de se magnetizar uma peça ferromagnética é a de aplicar um magnetismo muito intenso nela. Quando a indução magnética é muito forte, muitos dos domínios magnéticos se alinham e não mais voltam à posição anterior, fazendo com que o corpo fique imantado. Um detalhe importante sobre ímãs permanentes é a de que, assim como os domínios magnéticos podem ser alinhados tornando um corpo magnetizado, um ímã pode perder sua magnetização caso seus domínios, por algum motivo, se desalinhem. Geralmente, ímãs enfraquecem com o passar do tempo. Ao sofrer choques mecânicos, domínios magnéticos podem ir se desalinhando. Então, evite deixar ímãs caírem no chão ou se baterem em outros objetos. Além disso, aproximar um ímã de outro muito mais forte, também pode embaralhar ou, até mesmo, inverter seus domínios, enfraquecendo-o ou invertendo seus polos. Outro fator importante é a temperatura. Ímãs de Neodímio-Ferro-Boro perdem completamente sua magnetização quando aquecidos a cerca de 80°C. Isto ocorre porque a elevação da temperatura aumenta a agitação dos átomos, fazendo com que eles possam acabar girando e invertendo sua orientação magnética. A temperatura na qual um ímã perde completamente sua magnetização é chamada de Temperatura de Curie. Da mesma forma que um ímã perde completamente sua magnetização ao ser aquecido até o ponto de Curie, podemos reverter o processo fazendo com que a peça, previamente aquecida na temperatura de Curie, seja resfriada submetida a um campo magnético. Assim, os domínios magnéticos já vão automaticamente se alinhando durante o resfriamento. Quando a peça atinge a temperatura ambiente, ela já é um ímã! Atritar o ferro não terá o menor efeito, muito menos percorrê-los com corrente elétrica. Gabarito: “B” t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 13 1.3.1. Inseparabilidade de Polos Magnéticos Os polos magnéticos Norte e Sul jamais podem ser dissociados. Ou seja, na natureza, não há como se obter um polo Norte sem que um polo Sul também surja ao mesmo tempo. Na Eletrostática, é possível se obter um polo positivo ao se concentrar carga elétrica positiva,assim como se consegue, também, um polo negativamente carregado ao se concentrar carga elétrica negativa. Porém, no Magnetismo, não existe “carga magnética” para ser concentrada. Não dá para concentrar em algum lugar uma “carga Norte magnética” ou “Sul magnética”. Não existem monopolos magnéticos. Sempre um polo Norte magnético surge acompanhado de seu respectivo polo Sul magnético. Assim, quando um ímã se quebra, os pedaços que sobram são, cada um, um pequeno ímã, também, apresentando seus polos magnéticos Norte e Sul conforme a orientação dos seus domínios magnéticos. Exemplo: UEA 2015 Deixou-se cair um ímã em forma de barra que, ao atingir o solo, partiu-se em três pedaços, como mostrado na figura. Haverá atração entre as partes quando forem aproximadas as faces A) N e B. B) B e S. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 14 C) B e D. D) S e A. E) A e C. Comentários As interações magnéticas se dão a partir de forças entre os polos magnéticos, de forma que polos magneticamente opostos se atraem e polos magnéticos de mesmo tipo se repelem. Os polos magnéticos Norte e Sul jamais podem ser dissociados. Ou seja, na natureza, não há como se obter um polo Norte sem que um polo Sul também surja ao mesmo tempo. Assim, quando um ímã se quebra, os pedaços que sobram são, cada um, um pequeno ímã, também, apresentando seus polos magnéticos Norte e Sul conforme a orientação dos seus domínios magnéticos. Assim, os pedaços de ímã na Figura 2 ficarão com a seguinte configuração: Como a atração somente ocorrerá entre polos opostos, então temos atração entre as faces B e S. Entre as faces N e B, B e D, S e A e A e C temos repulsão, pois são polos magnéticos de mesmo tipo. Gabarito: “B” t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 15 1.4. Campo Magnético Como vimos nas aulas de Gravitação, no capítulo sobre Campo Gravitacional, e de Eletrostática, no capítulo sobre Campo Elétrico, Campo é uma grandeza vetorial que representa a configuração de uma propriedade de interação (força), de forma a possibilitar a estimativa de seu valor e orientação em um ponto no espaço. É uma grandeza bastante útil para a análise e estudo de fenômenos gravitacionais, elétricos, magnéticos, além de interações nucleares. Todo corpo magnetizado afeta e modifica as propriedades magnéticas à sua volta. Uma das maneiras de representar esta propriedade é na forma de Linhas de Campo Magnético, historicamente conhecidas por Linhas de Força e mais formalmente chamadas de Linhas de Indução de Campo Magnético. Campo magnético é a grandeza física que representa a configuração magnética de uma região, possibilitando a estimativa da intensidade e da orientação da indução magnética em um ponto. Ele é representado por linhas que são definidas com uma orientação para fora da superfície Norte e para dentro da superfície Sul de um ímã. Internamente ao ímã, as linhas seguem a orientação magnética dos domínios magnéticos. Da mesma forma que fizemos com campos gravitacionais e eletrostáticos, podemos avaliar visualmente onde que o campo é mais intenso: um campo é mais intenso onde as linhas estiverem mais próximas umas das outras. Se pegarmos um ímã e jogarmos limalha de ferro sobre ele (limalha de ferro é um farelo que sobra quando cortamos ou lixamos uma barra ferrosa), cada pedacinho de limalha fica induzida magneticamente e acaba se aglomerando na região dos polos, onde o magnetismo é mais intenso, além de apresentar um padrão que lembra linhas. Veja a figura abaixo. Figura 4: Limalha de ferro ao redor de um ímã. O sentido das linhas de indução, historicamente chamadas de linhas de força, é determinado pela direção estabelecida pelo polo Norte de uma agulha magnética. Estas linhas são orientadas para fora do polo Norte magnético e para dentro do polo Sul magnético. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 16 Outra propriedade importante das linhas de indução de campo magnético é que elas são contínuas e fechadas. Ou seja, elas entram no polo Sul e saem do polo Norte dos ímãs, externamente. Internamente aos ímãs, elas seguem do Sul para o Norte, conforme a orientação dos domínios magnéticos. OBS: Quando alguma linha de indução entra ou sai de um plano, representamos com um “ponto” o vetor “para fora” do plano, enquanto o “x” é utilizado para representar um vetor “para dentro”. A partir destas configurações de linhas de campo, podemos identificar que o campo magnético em um ponto é sempre tangente à linha de indução que por ali passa. Figura 5: Linhas de indução magnética de um campo ao redor de um ímã. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 17 Campo Magnético - Apresenta a configuração magnética de uma região. - Representado por Linhas de Força ou Linhas de Indução. - As linhas são contínuas e fechadas. - Externamente: linhas saem do polo Norte e entram no polo Sul. - Internamente: seguem a orientação dos Domínios Magnéticos. Uma bússola nada mais é que uma agulha imantada. As orientações dos domínios magnéticos dos cursores de bússolas são no sentido Sul-Norte. Ou seja, uma bússola nada mais é do que um pequeno ímã apoiado sobre uma haste, praticamente livre para girar e ficar com sua orientação magnética interna alinhada com o magnetismo do local. Figura 6: Bússola. Portanto, quando uma bússola é colocada próxima a um ímã, ela ficará orientada conforme a orientação da linha de indução do local. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 18 Exemplo: UNESP 2016 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. Comentários Uma bússola nada mais é que uma agulha imantada. As orientações dos domínios magnéticos dos cursores de bússolas são no sentido Sul-Norte. Ou seja, uma bússola nada mais é do que um pequeno ímã apoiado sobre uma haste, praticamente livre para girar e ficar com sua orientação magnética interna alinhada com o magnetismo do local. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 19 Portanto, quando uma bússola é colocada próxima a um ímã, ela ficará orientada conforme a orientação da linha de indução do local. Gabarito: “C” 1.5. Campo Magnético Terrestre Nosso planeta Terra apresenta propriedades magnéticas que se estendem para o espaço, passando pela superfície. Justamente é este magnetismo que induz os ímãs e as bússolas a se orientarem. Em muitos lugares, a direção de orientação de ímãs fica bem próxima às orientações geográficas norte e sul. Por esse motivo que os polos magnéticos de ímãs têm mesmos nomes: Norte e Sul. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 20 O fato de uma agulha de uma bússola apontar aproximadamente para o norte da terra se dá porque próximo ao polo Norte Geográfico existe um polo Sul Magnético. Na verdade, é para o polo magnético que o norte de uma bússola aponta.Consequentemente, próximo ao polo Sul Geográfico, existe um polo Norte Magnético. Veja que os polos geográficos e os polos magnéticos da Terra não estão exatamente no mesmo local. Enquanto que as posições Norte e Sul geográficas são fixas, os polos geomagnéticos se movem, ficam mais intensos, menos intensos e invertem de sentido de tempos em tempos (da ordem de centenas de milhares de anos). Hoje, o polo Norte Magnético terrestre está na região da Antártica, próximo ao polo Sul Geográfico. E o polo Sul Magnético está na região norte do Canadá, próximo ao Ártico. Uma bússola livre para se mover horizontalmente, irá indicar a declinação magnética do local, devido à componente horizontal do campo magnético terrestre. Como as orientações geográficas não coincidem exatamente com as orientações geomagnéticas, é necessário que se tenha dois mapas para a utilização de uma bússola: o mapa geográfico e o mapa de declinação magnética, como o da figura abaixo. Figura 7: Mapa de declinação magnética. Fonte: https://daed.on.br/astro/magnetismo-terrestre. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 21 Exemplo: UNESP 2019 A configuração do campo magnético terrestre causa um efeito chamado inclinação magnética. Devido a esse fato, a agulha magnética de uma bússola próxima à superfície terrestre, se estiver livre, não se mantém na horizontal, mas geralmente inclinada em relação à horizontal (ângulo 𝛼, na figura 2). A inclinação magnética é mais acentuada em regiões de maiores latitudes. Assim, no equador terrestre a inclinação magnética fica em torno de 0°, nos polos magnéticos é de 90°, em São Paulo é de cerca de 20°, com o polo norte da bússola apontado para cima, e em Londres é de cerca de 70°, com o polo norte da bússola apontado para baixo. Esse efeito deve-se ao fato de a agulha magnética da bússola alinhar-se sempre na direção A) perpendicular às linhas de indução do campo magnético da Terra e ao fato de o polo norte magnético terrestre estar próximo ao polo sul geográfico da Terra. B) tangente à Linha do Equador e ao fato de o eixo de rotação da Terra coincidir com o eixo magnético que atravessa a Terra. C) tangente às linhas de indução do campo magnético da Terra e ao fato de o polo norte magnético terrestre estar próximo ao polo norte geográfico da Terra. D) tangente às linhas de indução do campo magnético da Terra e ao fato de o polo norte magnético terrestre estar próximo ao polo sul geográfico da Terra. E) paralela ao eixo magnético terrestre e ao fato de o polo sul magnético terrestre estar próximo ao polo norte geográfico da Terra. Comentários Uma bússola nada mais é que uma agulha imantada. As orientações dos domínios magnéticos dos cursores de bússolas são no sentido Sul-Norte. Ou seja, uma bússola nada mais é do que um pequeno ímã apoiado sobre uma haste, praticamente livre para girar e ficar com sua orientação magnética interna alinhada com o magnetismo do local. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 22 Portanto, quando uma bússola é colocada próxima a um ímã, ela ficará orientada conforme a orientação da linha de indução do local. O fato de uma agulha de uma bússola apontar aproximadamente para o norte da terra se dá porque próximo ao polo Norte Geográfico existe um polo Sul Magnético. Na verdade, é para o polo magnético que o norte de uma bússola aponta. Consequentemente, próximo ao polo Sul Geográfico, existe um polo Norte Magnético. Veja que os polos geográficos e os polos magnéticos da Terra não estão exatamente no mesmo local. Enquanto que as posições Norte e Sul geográficas são fixas, os polos geomagnéticos se movem, ficam mais intensos, menos intensos e invertem de sentido de tempos em tempos (da ordem de centenas de milhares de anos). Uma bússola livre para se mover horizontalmente, irá indicar a declinação magnética do local, devido à componente horizontal do campo magnético terrestre. Como as orientações geográficas não coincidem exatamente com as orientações geomagnéticas, é necessário que se tenha dois mapas para a utilização de uma bússola: o mapa geográfico e o mapa de declinação magnética. Gabarito: “D” t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 23 2) ELETROÍMÃS Partículas eletricamente carregadas em movimento geram seu próprio magnetismo. As correntes elétricas nada mais são do que o resultado de um movimento de deriva “ordenado” de portadores de carga elétrica através de um material. Assim, sempre que temos correntes elétricas, também temos magnetismo ao redor. Hans Oersted (1777 – 1851) conseguiu demonstrar experimentalmente o que já se suspeitava na época, entre a primeira e segunda décadas do século XIX: que correntes elétricas produziam campos magnéticos capazes de deflexionar bússolas. A surpresa do experimento não foi o fato de a eletricidade produzir magnetismo, mas, sim, o fato das linhas de indução magnéticas serem circulares ao redor do fio! Um eletroímã é todo dispositivo capaz de produzir um campo magnético a partir de correntes elétricas. Eles apresentam diversas vantagens em relação aos ímãs permanentes, vistos no capítulo anterior. Uma grande vantagem é a de se poder ligar ou desligar facilmente o magnetismo, bastando a utilização de um interruptor para abrir ou fechar o circuito. Além disso, os ímãs permanentes têm uma limitação quanto à intensidade do magnetismo produzido e armazenado por eles. Com correntes elétricas, podemos obter induções magnéticas muito superiores às dos ímãs terras-raras (super-ímãs de neodímio). Correntes elétricas têm dois efeitos que são muito importantes para nossas provas: o Efeito Magnético e o Efeito Joule. O Efeito Joule, como vimos na aula de Eletrodinâmica, é o aquecimento devido à passagem de eletricidade. O Efeito Magnético é justamente o surgimento de um Campo Magnético associado à corrente. Este Campo Magnético gerado por uma corrente elétrica que é característico de eletroímãs. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 24 Existe uma infinidade de possíveis configurações de campos magnéticos gerados por correntes elétricas. Para nossas provas, iremos estudar somente três casos: para fios retilíneos e muito longos, para espiras circulares e para solenoides. É muito importante, desde já, enfatizar que, como vimos na aula de Eletrodinâmica, existem dois sentidos para as correntes elétricas: o sentido convencional e o sentido real. O sentido convencional da corrente elétrica é o amplamente utilizado na literatura científica, em artigos científicos e em livros didáticos. Logo, este é o sentido que devemos assumir na resolução dos exercícios de Eletrodinâmica e, agora, também os de Eletromagnetismo! t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 25 2.1. Magnetismo Gerado por Fios Retilíneos O magnetismo ao redor de fios retilíneos se configura por linhas de indução magnéticas circulares e concêntricas, em um plano perpendicular à direção do fio. A imagem abaixo apresenta um fio que atravessa uma folha de papel com limalha de ferro. Veja que a limalha, após o fio ser percorrido por corrente elétrica, apresenta padrões circulares após ser induzida pelo campo magnético gerado pelo fio. Figura 8: Limalha de ferro induzida pelo campo magnético gerado por um fio retilíneo percorrido por corrente elétrica. Com a limalha de ferro, assim como vimos com os ímãs, somente possibilita a visualização da geometria das linhas, mas não a orientação delas. Lembre-se de que a orientação das linhas de indução de um campo magnético indica, por exemplo, para onde uma bússola apontaria ao ser posicionada em um ponto da região, ou para onde os domínios magnéticos seriam forçadosmagneticamente a se alinharem, caso um material ferromagnético estivesse ali. Bom, já sabemos, então, que as linhas de indução de campo magnético ao redor de um fio retilíneo percorrido por corrente elétrica são circulares. Para sabermos o sentido da indução dessas linhas, usaremos uma regra, conhecida de Primeira Regra da Mão Direita. Para aplicarmos esta regra, precisaremos da nossa mão direita à disposição, posicionando a mão como se fosse segurar um copo e, ao mesmo tempo, elevarmos o dedão, como se estivéssemos fazendo um sinal de “legal” ou “positivo”, cumprimentando alguém. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 26 Com a mão direita nesta posição (não pode errar a mão, hein!), posicionamos o dedão rente ao fio e no sentido convencional da corrente elétrica nele. Assim, os dedos da mão direita indicarão o sentido da indução magnética das linhas de indução circulares ao redor do fio. Figura 9: Uso da Primeira Regra da Mão Direita para encontrar a orientação das linhas de indução magnéticas em torno de um fio retilíneo percorrido por corrente elétrica. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 27 Geralmente, em provas, temos fios posicionados rente à página, como se estivessem deitados na folha de papel da prova, ou o fio furando a página. Na primeira configuração, com o fio deitado no plano da página, as linhas circulares do magnetismo do fio irão entrar no plano da página de um lado e sair do outro. Na segunda configuração, com o fio perpendicular ao plano da página, teremos que a corrente elétrica estará para dentro ou para fora da página e as linhas de indução é que estarão no plano da página. No caso da figura acima, temos o sentido da corrente elétrica saindo do plano da página e as linhas de indução do campo magnético no sentido anti-horário, de acordo com a Primeira Regra da Mão Direita. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 28 Agora que já sabemos a geometria, o formato, das linhas de indução e suas respectivas orientações, falta, somente, sabermos o quão intensa é a indução magnética. Como o magnetismo é gerado pela corrente elétrica no fio, logo temos que a intensidade da indução magnética em um ponto ao redor de um fio retilíneo e muito longo é diretamente proporcional à intensidade de corrente que passa por ele. Se não tiver corrente, não tem campo. Se tiver uma corrente elétrica bem fraquinha, teremos um campo bem fraquinho. Se a intensidade da corrente aumentar, a intensidade da indução magnética aumentará na mesma proporção direta. Ao mesmo tempo, a indução é inversamente proporcional à distância até o fio. Ou seja, quanto mais distante, mais fraca é a indução, e vice-versa, ao se aproximar de um fio percorrido por corrente, mais intensa fica a indução. 𝐵𝑓𝑖𝑜 ∝ 𝑖 𝐵𝑓𝑖𝑜 ∝ 1 𝑑 A Lei de Biot-Savart apresenta uma equação para o cálculo do valor da indução magnética em um ponto ao redor de um fio condutor, retilíneo, muito comprido e percorrido por corrente elétrica. Indução Magnética em um ponto ao redor de um fio retilíneo percorrido por corrente elétrica. Veja que, no numerador, aparece junto com a intensidade da corrente elétrica, um fator 𝜇, que representa a Permissividade ou Permeabilidade Magnética do Meio. Portanto, a indução magnética é diretamente proporcional à intensidade de corrente e à permeabilidade magnética do meio, de forma que, quanto maior a permeabilidade magnética de um meio, mais intensa será a indução magnética nele. 𝐵𝑓𝑖𝑜 ∝ 𝜇 A permeabilidade magnética é um valor que indica o grau de magnetização de um material ao submetê-lo a um campo magnético. É obtida experimentalmente, de forma que podemos consultar em tabelas estes valores. Cada meio tem sua permissividade. Os meios ferromagnéticos são os que têm maiores permissividades. Ao se fazer uma análise dimensional, podemos facilmente encontrar a unidade de medida da permeabilidade magnética. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 29 [𝐵𝑓𝑖𝑜] = [𝜇] ⋅ [𝑖] [2] ⋅ [𝜋] ⋅ [𝑑] A unidade de medida, no SI, da indução magnética é o tesla T, da intensidade de corrente é o ampere A e da distância é o metro m. O algarismo “2” e o 𝜋 não têm unidades de medida. 𝑇 = [𝜇] ⋅ 𝐴 1 ⋅ 1 ⋅ 𝑚 𝑇 = [𝜇] ⋅ 𝐴 𝑚 𝑇 ⋅ 𝑚 𝐴 = [𝜇] Assim, a unidade de medida para a permeabilidade magnética de um meio é o tesla vezes metro por ampere. O valor da permeabilidade magnética para o vácuo, indicada por 𝜇𝑜 vale: 𝜇𝑣á𝑐𝑢𝑜 = 𝜇𝑜 = 4 ⋅ 𝜋 ⋅ 10 −7 𝑇 ⋅ 𝑚 𝐴 Mais um detalhe interessante da equação dada pela Lei de Biot-Savart é o seu denominador. Como a distância 𝑑 de um ponto onde calculamos o valor da indução magnética está sobre uma linha magnética circular, então o produto 2 ⋅ 𝜋 ⋅ 𝑑 nada mais é do que o próprio comprimento da linha magnética circular que passa pelo ponto (lembre-se de que o produto 2 ⋅ 𝜋 ⋅ 𝑟 é o comprimento de uma circunferência de raio 𝑟). Portanto, podemos dizer que o valor da indução magnética em um ponto ao redor de um fio retilíneo percorrido por corrente elétrica é inversamente proporcional ao comprimento da linha magnética que passa por este ponto. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 30 Exemplo: UFPR 2011 Na segunda década do século XIX, Hans Christian Oersted demonstrou que um fio percorrido por uma corrente elétrica era capaz de causar uma perturbação na agulha de uma bússola. Mais tarde, André Marie Ampère obteve uma relação matemática para a intensidade do campo magnético produzido por uma corrente elétrica que circula em um fio condutor retilíneo. Ele mostrou que a intensidade do campo magnético depende da intensidade da corrente elétrica e da distância ao fio condutor. Com relação a esse fenômeno, assinale a alternativa correta. A) As linhas do campo magnético estão orientadas paralelamente ao fio condutor. B) O sentido das linhas de campo magnético independe do sentido da corrente. C) Se a distância do ponto de observação ao fio condutor for diminuída pela metade, a intensidade do campo magnético será reduzida pela metade. D) Se a intensidade da corrente elétrica for duplicada, a intensidade do campo magnético também será duplicada. E) No Sistema Internacional de unidades (S.I.), a intensidade de campo magnético é 𝐴/𝑚. Comentários O magnetismo ao redor de fios retilíneos se configura por linhas de indução magnéticas circulares e concêntricas, em um plano perpendicular à direção do fio, cuja orientação é dada pela Primeira Regra da Mão Direita. Logo, a orientação das linhas depende do sentido da corrente no fio. A intensidade da indução magnética, dada no SI em tesla T, em um ponto ao redor de um fio retilíneo e muito longo é diretamente proporcional à intensidade de corrente que passa por ele. Ao mesmo tempo, a indução é inversamente proporcional à distância até o fio, conforme a Lei de Biot-Savart. Portanto, se a intensidade da corrente elétrica for duplicada, a intensidade do campo magnético também será duplicada. Gabarito: D. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 31 2.2. Magnetismo Gerado por Espiras Circulares Ao pegarmos um fio retilíneo e o enrolarmos formando uma volta, então teremos uma espira. O magnetismo gerado por espiras circulares é resultado do campo gerado por cada pedacinho de fio que forma o enrolamento. As imagens que seguem apresentam as configurações das linhas de indução de campo magnético em um plano que passa pelo centro das espiras Figura 10: Limalha de ferro induzida pelo campo magnético gerado por uma espira (esquerda) e por várias espiras. Para sabermos o sentido da indução dessas linhas, usaremos umaregra, conhecida de Primeira Regra da Mão Direita Invertida, aplicável para fios enrolados. Para aplicarmos esta regra, precisaremos da nossa mão direita à disposição, posicionando a mão como se fosse segurar um copo e, ao mesmo tempo, elevarmos o dedão, como se estivéssemos fazendo um sinal de “legal” ou “positivo”, cumprimentando alguém. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 32 Com a mão direita nesta posição (também não pode errar a mão, hein!), posicionamos os quatro dedos rente ao fio e no sentido convencional da corrente elétrica nele. Assim, o dedão da mão direita indicará o sentido da indução magnética das linhas de indução no centro do enrolamento. Veja que, se o fio estiver no plano da página e a corrente elétrica estiver no sentido horário, no centro do enrolamento teremos uma indução magnética para dentro do plano da página, conforme a Primeira Regra da Mão Direita Invertida. Como o magnetismo no centro do enrolamento é gerado pela corrente elétrica que circula pelo fio da espira, assim como nos fios retilíneos, temos que a intensidade da indução magnética no centro da espira é diretamente proporcional à intensidade de corrente elétrica no filamento. Se não tiver corrente, não tem campo. Se tiver uma corrente elétrica bem fraquinha, teremos um campo bem fraquinho. Se a intensidade da corrente aumentar, a intensidade da indução magnética aumentará na mesma proporção direta. Ao mesmo tempo, o valor da indução é inversamente proporcional à distância até o fio. Assim, quanto mais distante o fio estiver do centro da espira, mais fraca é a indução, e vice- versa. A distância do fio até o centro de uma espira circular nada mais é do que o próprio raio 𝑅 da espira. 𝐵𝑒𝑠𝑝𝑖𝑟𝑎 ∝ 𝑖 𝐵𝑒𝑠𝑝𝑖𝑟𝑎 ∝ 1 𝑅 A Lei de Biot-Savart apresenta uma equação para o cálculo do valor da indução magnética no centro de uma espira circular percorrida por corrente elétrica. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 33 Indução Magnética no centro de uma espira circular. Veja que no denominador aparece o produto 2 ⋅ 𝑅, que nada mais é do que o diâmetro da espira circular. Assim, podemos dizer que o valor da indução magnética no centro de uma espira circular percorrida por corrente elétrica é diretamente proporcional ao produto da intensidade de corrente e da permeabilidade magnética do meio, e inversamente proporcional ao diâmetro do enrolamento. Se tivermos mais enrolamentos no mesmo sentido, então os campos de cada enrolamento se somam, aumentando a intensidade do campo resultante no centro dos enrolamentos, pois eles se sobrepõem e se somam. Assim, podemos escrever a seguinte relação: Indução Magnética no centro de N espiras circulares. Exemplo: UFBA Duas espiras circulares, concêntricas e coplanares, de raios R1 e R2, sendo 𝑅1 = 2 ⋅ 𝑅2/5 , são percorridas respectivamente por correntes i1 e i2; o campo magnético resultante no centro da espira é nulo. A razão entre as correntes i1 e i2 é igual a: A) 0,4 B) 1,0 C) 2,0 D) 2,5 E) 4,0 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 34 Comentários Como as espiras são concêntricas, têm seus centros coincidentes, e coplanares, estão no mesmo plano, então, para que o campo magnético resultante no centro das espiras seja nulo, os valores das induções magnéticas devem ser iguais, apontando em sentidos opostos. A Lei de Biot-Savart apresenta uma equação para o cálculo do valor da indução magnética no centro de uma espira circular percorrida por corrente elétrica. 𝐵𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑖𝑟𝑎 = 𝜇 ⋅ 𝑖 2 ⋅ 𝑅 Assim, podemos escrever: 𝐵1 = 𝐵2 𝜇 ⋅ 𝑖1 2 ⋅ 𝑅1 = 𝜇 ⋅ 𝑖2 2 ⋅ 𝑅2 𝑖1 𝑅1 = 𝑖2 𝑅2 Como 𝑅1 = 2 ⋅ 𝑅2/5, então temos: 𝑖1 ( 2 ⋅ 𝑅2 5 ) = 𝑖2 𝑅2 5 ⋅ 𝑖1 = 2 ⋅ 𝑖2 𝑖1 𝑖2 = 2 5 = 0,4 Gabarito: A. 2.3. Magnetismo Gerado por Solenoides Ao pegarmos um fio retilíneo e o enrolarmos formando um tubo, então teremos um solenoide. O magnetismo gerado no interior de um solenoide é resultado da combinação dos campos gerados por cada espira que forma o enrolamento. A imagem que segue apresenta a configuração das linhas de indução de campo magnético em um plano que passa pelo centro de um solenoide. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 35 Figura 11: Limalha de ferro induzida pelo campo magnético gerado por um solenoide. Para sabermos o sentido da indução dessas linhas usaremos a mesma regra que usamos para as espiras, pois os solenoides são compostos por espiras sequenciais. É a Primeira Regra da Mão Direita Invertida, aplicável para fios enrolados. Para aplicarmos esta regra, precisaremos da nossa mão direita à disposição, posicionando a mão como se fosse segurar um copo e, ao mesmo tempo, elevarmos o dedão, como se estivéssemos fazendo um sinal de “legal” ou “positivo”, cumprimentando alguém. Com a mão direita nesta posição (confere a mão! não pode ser a mão esquerda!), posicionamos os quatro dedos rente ao fio, no sentido do enrolamento das espiras no solenoide t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 36 e no sentido convencional da corrente elétrica nele. Assim, o dedão da mão direita indicará o sentido da indução magnética das linhas de indução no interior do solenoide. A extremidade do enrolamento onde as linhas de indução apontam para fora (lado direito na figura acima), se comporta como um polo Norte magnético de um ímã. Da mesma forma, a outra extremidade se equivale ao polo Sul. É interessante se observar a semelhança na configuração das linhas de indução de um solenoide com a de um ímã em barra. Veja a figura que segue. Figura 12: semelhança entre as configurações das linhas de indução de um campo de um solenoide e a de um ímã em barra. O valor da indução magnética no interior de um solenoide também é diretamente proporcional à intensidade de corrente que circula no filamento e à permeabilidade magnética do meio. Seu valor pode ser dado a partir da Lei de Ampere, uma das leis fundamentais do Eletromagnetismo, resultando na seguinte equação: t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 37 Indução Magnética no interior de um solenoide. Veja que a intensidade da indução no interior de um solenoide também dependerá diretamente no número 𝑁 de enrolamentos, que é o número de espiras que compõe o solenoide. Porém, esta intensidade é inversamente proporcional ao comprimento 𝐿, que nada mais é do que o comprimento do tubo de enrolamentos. Portanto, quanto maior a intensidade de corrente, maior a quantidade de espiras e maior for a permeabilidade magnética do interior do solenoide e, ao mesmo tempo, menor for o comprimento L, mais intenso será o valor da indução magnética. A razão 𝑁 𝐿 é chamada de Densidade Linear de Enrolamentos para um solenoide. Além disso, a contribuição da permeabilidade magnética é muito relevante, de forma que, geralmente, os solenoides possuem um núcleo de material ferromagnético, que tem permeabilidade magnética elevada, maximizando o campo magnético em seu interior. Exemplo: ENEM 2017 Um guindaste eletromagnético de um ferro-velho é capaz de levantar toneladas de sucata, dependendo da intensidade da indução magnética em seu eletroímã. O eletroímã é um dispositivo que utiliza corrente elétrica para gerar um campo magnético, sendo geralmente construído enrolando-se um fio condutor ao redor de um núcleo de material ferromagnético (ferro, aço, níquel, cobalto). Para aumentar a capacidade de carga do guindaste, qual característica do eletroímã pode ser reduzida? A) Diâmetro do fio condutor. B) Distância entre as espiras. C) Densidade linear de espiras. D) Corrente que circula pelo fio.E) Permeabilidade relativa do núcleo. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 38 Comentários Para aumentar a capacidade de carga do guindaste, que é composto por um solenoide, é necessário que se aumente a intensidade da indução magnética dele. O valor da indução magnética no interior de um solenoide é diretamente proporcional à intensidade de corrente que circula no filamento e à permeabilidade magnética do meio. Seu valor pode ser dado a partir da Lei de Ampere, uma das leis fundamentais do Eletromagnetismo, resultando na seguinte equação: 𝐵 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 𝑠𝑜𝑙𝑒𝑛𝑜𝑖𝑑𝑒 = μ ⋅ 𝑁 𝐿 ⋅ 𝑖 Veja que a intensidade da indução no interior de um solenoide também dependerá diretamente no número 𝑁 de enrolamentos, que é o número de espiras que compõe o solenoide. Porém, esta intensidade é inversamente proporcional ao comprimento 𝐿, que nada mais é do que o comprimento do tubo de enrolamentos. Portanto, quanto maior a intensidade de corrente, maior a quantidade de espiras e maior for a permeabilidade magnética do interior do solenoide e, ao mesmo tempo, menor for o comprimento L, mais intenso será o valor da indução magnética. A razão 𝑁 𝐿 é chamada de Densidade Linear de Enrolamentos para um solenoide. O valor da indução do campo magnético no interior de um solenoide não depende do diâmetro do fio condutor que o compõe. Gabarito: B t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 39 3) FORÇAS MAGNÉTICAS Existem incontáveis situações em que se configuram forças magnéticas. Sempre que tivermos pelo menos duas fontes de campos magnéticos, elas irão interagir com uma força de atração ou repulsão. No primeiro capítulo, vimos as forças magnéticas entre ímãs, de forma que polos de mesmo tipo se repelem e polos opostos se atraem. Estas mesmas forças que puxam ou empurram ímãs, também podem aparecer entre eletroímãs também, como vimos no capítulo anterior. Ou seja, as forças magnéticas podem ocorrer entre ímãs, entre eletroímãs e entre ímãs com eletroímãs. Não é simples o cálculo de forças magnéticas. Em algumas configurações muito especiais, podemos utilizar ferramentas mais avançadas para podermos ter uma equação que possibilite o cálculo dessas forças. Estas ferramentas são as do Cálculo Diferencial e Integral, que são estudadas em cursos de Matemática de nível superior. Ou seja, não caem nos vestibulares. Em nossas provas de vestibular, somente duas situações de forças podem aparecer: a sobre fios percorridos por correntes elétricas no interior de campos magnéticos; e a sobre partículas eletricamente carregadas em movimento no interior de campos magnéticos. Nestas duas situações, a força magnética pode ser obtida a partir de um simples produto, como apresentado na sequência. 3.1. Força Magnética sobre Fios Percorridos por Corrente Elétrica Como vimos, sempre que fios ficam percorridos por correntes elétricas, um campo magnético surge ao redor deles. Assim, se pelo menos um pedaço deste fio estiver em uma região que já tenha um campo magnético, seja gerado por um ímã ou por outro eletroímã, uma força magnética devido à interação entre os campos poderá surgir. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 40 Esta força é da mesma natureza que a que ocorre entre dois ímãs que se atraem ou se repelem mutuamente devido aos seus polos norte e sul. Para descrevermos completamente uma força, precisamos saber a sua intensidade e a sua orientação (direção e sentido). A direção e o sentido da força magnética sobre um fio retilíneo percorrido por corrente elétrica no interior de um campo magnético podem ser dados pela Segunda Regra da Mão Direita. Para aplicarmos esta regra, precisaremos da nossa mão direita à disposição, posicionando a mão como se fosse estendê-la para cumprimentar alguém ou, se preferir, como se fosse dar um tapa, de forma que os quatro dedos fiquem estendidos e o dedão levantado. Com a mão direita nesta posição (não pode errar a mão, hein!), posicionamos o dedão rente ao fio e no sentido convencional da corrente elétrica nele. A mesmo tempo, os outros dedos esticados devem se posicionar conforme a orientação da indução do campo magnético do local (não confundir com o campo gerado pelo próprio fio). Assim, a palma da mão direita estará indicando a direção e o sentido da força magnética sobre o fio! Imagine uma região com campo magnético orientado perpendicularmente ao plano da página e entrando nela (veja a figura que segue). Um segmento de fio retilíneo, percorrido por corrente elétrica, é colocado nesta região, rente ao plano da página, perpendicularmente à direção do campo. Se o sentido do campo é para dentro do plano da página e a corrente no fio for para o alto da página, ao utilizarmos a Segunda Regra da Mão Direita, encaixando o dedão no sentido da corrente e, ao mesmo tempo, os outros dedos no sentido do campo, então a palma da mão direita estará indicando o sentido da força magnética sobre o fio! Use a Figura 13 para encaixar a mão direita e utilizar a regra! t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 41 Conseguiu? Deu certinho? Se quiser, pode mandar uma mensagem pelo fórum de dúvidas ou pelas redes sociais pra me contar se conseguiu ou se teve alguma dificuldade! Qualquer ajuda que precisar, pode contar comigo! Figura 13: Força Magnética sobre um segmento de fio percorrido por corrente elétrica no interior de um campo magnético. Uma propriedade importante de se destacar sobre esta força magnética é a de que ela sempre será perpendicular ao plano formado pela indução magnética e pela corrente no fio. Ou seja, sempre no sentido para fora da palma da mão (“tapa”) quando aplicamos a Segunda Regra da Mão Direita. Para a intensidade da força, existe uma lei na Física que possibilita o cálculo de forças magnéticas sobre fios percorridos por correntes elétricas quando eles estão no interior de campos magnéticos: a Lei de Lorentz. a partir desta lei, temos que a força será igual ao produto de quatro fatores: intensidade da indução magnética do campo magnético na região do fio, da intensidade da corrente elétrica que circula pelo fio, do comprimento do segmento de fio que está na região do campo e do seno do ângulo entre o sentido da corrente no fio e a indução. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 42 Ao se fazer uma análise dimensional, temos: [𝐹] = [𝐵] ⋅ [𝑖] ⋅ [𝐿] ⋅ [sen 𝜃] A unidade de medida, no SI, da indução magnética é o tesla T, da intensidade de corrente é o ampere A e do comprimento de fio é o metro m. Embora ângulo possa ser indicado por radiano ou graus, o seno de um ângulo é adimensional, ou seja, não têm unidade de medida. 𝑁 = 𝑇 ⋅ 𝐴 ⋅ 𝑚 𝑛𝑒𝑤𝑡𝑜𝑛 = 𝑡𝑒𝑠𝑙𝑎 ⋅ 𝑎𝑚𝑝𝑒𝑟𝑒 ⋅ 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 Como a intensidade da força depende do seno do ângulo entre o campo e a corrente, então, a partir da Lei de Lorentz, teremos três situações possíveis. Caso 1: Força Máxima! Este primeiro caso é o de um fio percorrido por corrente elétrica perpendicularmente posicionado em relação às linhas de indução de campo magnético da região. Como o seno de 90° é igual à unidade, seu maior valor, a força magnética sobre o fio, neste caso, será igual ao produto 𝐹𝑀á𝑥 = 𝐵 ⋅ 𝑖 ⋅ 𝐿. Caso 2: Força Intermediária. Neste caso, o fio percorrido por corrente elétrica forma um ângulo maior que zero, porém menor que 90°. O valor do seno de um ângulo dentro desta faixa de valores é maior que zero, t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 43 mas menor que a unidade. Assim, teremos que a força assumirá um valor diferente de zero, mas menor que o valor máximo. Caso 3: Força NULA! Agora sim!Se o fio estiver paralelo às linhas de campo, então a força será nula, pois o valor do seno de 0° ou de 180° é zero, zerando a força. Exemplo: UFRGS 2016 No esquema da figura abaixo, o fio F, horizontalmente suspenso e fixo nos pontos de suporte P, passa entre os polos de um ímã, em que o campo magnético é suposto horizontal e uniforme. O ímã, por sua vez, repousa sobre uma balança B, que registra seu peso. Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que aparecem. Em dado instante, a chave C é fechada, e uma corrente elétrica circula pelo fio. O fio sofre uma força vertical, ..............................., e o registro na balança .................................... . A) para baixo – não se altera. B) para baixo – aumenta. C) para baixo – diminui. D) para cima – aumenta. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 44 E) para cima – diminui. Comentários Ao fechar a chave C, o fio ficará percorrido por uma corrente elétrica que, no sentido convencional, do polo positivo para o negativo, passando entre os pontos “P” da esquerda para a direita. Além disso, como as linhas de indução para fora do ímã são orientadas para fora da superfície do polo norte e para dentro da superfície do polo sul, então a força sobre o segmento de fio que passa próximo ao ímã será verticalmente para cima. Esta orientação da força é dada pela Segunda Regra da Mão Direita. Como esta força sobre o fio é exercida pelo ímã, então, conforme a Terceira Lei de Newton, o ímã é empurrado verticalmente para baixo, aumentando o valor indicado na balança. Portanto: “Em dado instante, a chave C é fechada, e uma corrente elétrica circula pelo fio. O fio sofre uma força vertical, para cima, e o registro na balança aumenta.” Gabarito: “D” t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 45 3.1.1. Força Magnética entre Fios Paralelos Se aplicarmos a Primeira Regra da Mão Direita para analisar a orientação da indução magnética de um dos fios e, ao mesmo tempo, utilizarmos a Segunda Regra da Mão Direita para encontrar o sentido da força magnética sobre o outro fio, chegaremos a duas conclusões, como as enumeradas abaixo. 1) Dois fios condutores, retos e muito longos, paralelos entre si e percorridos por correntes elétricas de mesmo sentido, atraem-se mutuamente com uma força magnética que é proporcional às intensidades de corrente nos dois fios, conforme a ação mútua do campo de um sobre o outro, e inversamente proporcional à distância entre eles. 2) Dois fios condutores, paralelos entre si e percorridos por correntes elétricas que estão em sentidos opostos, repelem-se mutuamente com uma força magnética que é proporcional às intensidades de corrente nos dois fios, conforme a ação mútua do campo de um sobre o outro, e inversamente proporcional à distância entre eles. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 46 O valor da força magnética de atração ou de repulsão entre dois fios retilíneos, muito longos, paralelos entre si, será dada pela Lei de Lorentz, mas colocando no lugar da indução magnética a equação dada pela Lei de Biot-Savart. É o campo gerado por um dos fios causando força sobre o outro. Além disso, como os fios são paralelos, então as linhas magnéticas de um fio sempre estarão perpendiculares ao outro fio, fazendo com que o termo sen 𝜃 = 1. Figura 14: Ação do campo magnético gerado por um fio sobre o outro, resultando em atração (esquerda) ou repulsão (direita). Assim, a força magnética fica: Exemplo: UNESP 2004 Um fio metálico AB, suspenso por dois fios verticais, condutores e flexíveis, é colocado próximo e paralelamente a um fio longo pelo qual passa a corrente elétrica i, no sentido indicado na figura. O fio longo e o fio AB estão no mesmo plano horizontal. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 47 Utilizando essa montagem, um professor pretende realizar duas experiências, I e II. Na experiência I, fará passar uma corrente pelo fio AB, no sentido de A para B. Na experiência II, fará passar a corrente no sentido contrário. Nessas condições, espera-se que a distância entre o fio longo e o fio AB A) permaneça inalterada, tanto na experiência I como na experiência II. B) aumente na experiência I e diminua na experiência II. C) aumente, tanto na experiência I como na experiência II. D) diminua, tanto na experiência I como na experiência II. E) diminua na experiência I e aumente na experiência II. Comentários Na experiencia 1, temos que a corrente do fio AB tem o mesmo sentido que o fio longo. Para determinar o sentido do campo magnético nos dois fios, utilizamos a regra da mão direita. No fio AB, o sentido do campo magnético é para cima e no fio longo o sentido do campo magnético é para baixo utilizando a mesma regra. Com isso determinado, podemos agora determinar a força magnética em cada um dos fios pela regra da mão esquerda ou pela regra do tapa. Assim, vemos que ocorre a atração entre os fios. Analogamente para a experiência II, determinamos a forças envolvidas. Entretanto, nesse caso as correntes estão indo em sentidos opostos. Assim, determinando a força magnética da mesma forma que determinamos na experiência I, ocorre a repulsão entre os fios, aumentando a distância entre eles. Gabarito: “E” t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 48 3.1.2. Aplicações da Força Magnética sobre Fios: Motores! Existe uma infinidade de aplicações para dispositivos que têm como base de funcionamento as forças magnéticas: autofalantes, microfones, etc. Porém, certamente a mais utilizada aplicação é a dos motores elétricos! Um automóvel convencional, por exemplo, é movido por um motor a combustão interna, como vimos na aula de Termodinâmica, mas têm dezenas de motores elétricos! Praticamente todos os atuadores que acionam os vidros elétricos, direção hidráulica, bicos injetores de combustível, motor de partida, limpadores de para-brisa, ar-condicionado, ventilação interna, etc. Praticamente todos os motores elétricos funcionam a partir da força magnética exercida por um ímã ou eletroímã sobre uma bobina (fio enrolado) percorrida por corrente elétrica. Todo fio enrolado, no interior de um campo magnético, quando percorrido por corrente elétrica tende a rotacionar. Suponha uma espira retangular, como a apresentada na figura abaixo. Veja que os segmentos paralelos às linhas de indução de campo magnético não sofrerão força. Já os outros dois segmentos perpendiculares ficarão submetidos a forças que apontam em sentidos opostos. enquanto um lado fica empurrado para dentro do plano da página, o outro fica puxado para fora, gerando um momento de binário de forças, rotacionando a espira. Figura 15: Espira percorrida por corrente elétrica no interior de um campo magnético. Esta rotação é a que movimenta um eixo que pode ser acoplado a engrenagens para movimentar o que quisermos, desde rodas de veículos e braços robóticos, até hélices de ventiladores. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 49 Exemplo: UFRGS Um segmento retilíneo de fio conduz uma corrente elétrica “i”, em uma região onde existe um campo magnético uniforme B vetorial. Devido a este campo magnético, o fio fica sob o efeito de uma força de módulo F, cuja direção é perpendicular ao fio e à direção B. O efeito ao qual se refere o enunciado constitui o princípio de funcionamento de: A) motores elétricos. B) reatores elétricos. C) aquecedores elétricos. D) geradores elétricos. E) reostatos. Comentários Existe uma infinidade de aplicações para dispositivos que têm como base de funcionamento as forças magnéticas: autofalantes,microfones, etc. Porém, certamente a mais utilizada aplicação é a dos motores elétricos! Praticamente todos os motores elétricos funcionam a partir da força magnética exercida por um ímã ou eletroímã sobre uma bobina (fio enrolado) percorrida por corrente elétrica. Todo fio enrolado, no interior de um campo magnético, quando percorrido por corrente elétrica tende a rotacionar. Gabarito: “A” 3.2. Força Magnética sobre Partículas Eletricamente Carregadas Partículas eletricamente carregadas geram campo elétrico ao seu entorno. Mas, partículas eletricamente carregadas e em movimento, também geram um campo magnético ao seu redor! Esse campo magnético gerado por essa partícula em movimento pode interagir com outros campos magnéticos, gerados por ímãs, por fios percorridos por correntes elétricas, ou, até mesmo, outras partículas elétricas em movimento. A direção e o sentido da força magnética sobre uma partícula eletricamente carregada, em movimento, no interior de um campo magnético podem ser dados pela Segunda Regra da Mão Direita. Sim! A mesma que usamos para os fios, mas como podemos ter cargas elétricas positivas ou negativas, faremos uma adaptação. Para aplicarmos esta regra, precisaremos da nossa mão direita à disposição, posicionando a mão como se fosse estendê-la para cumprimentar alguém, de forma que os quatro dedos fiquem estendidos e o dedão levantado. Com a mão direita nesta posição (não pode errar a mão, hein!), posicionamos o dedão na mesma direção e sentido da velocidade da partícula. A mesmo tempo, os outros dedos esticados devem se posicionar conforme a orientação da indução do campo magnético do local. Assim, a palma da mão direita estará indicando a direção da força. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 50 Se a partícula for positivamente carregada, o sentido da força magnética sobre ela será dado pela palma da mão (sentido do tapa). Se a partícula por negativamente carregada, o sentido da força magnética sobre ela será dado pelo dorso da mão (sentido do tabefe). Imagine uma região com campo magnético orientado perpendicularmente ao plano da página e entrando nela (veja a figura que segue). Duas partículas eletricamente carregadas entram na região de campo no plano e para o alto da página. Figura 16: Duas partículas eletricamente carregadas em movimento no interior de um campo magnético. Veja que, enquanto a partícula positiva sobre força para a esquerda, a partícula negativamente carregada sofre força no sentido oposto, para a direita. Como o sentido do campo t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 51 é para dentro do plano da página e as partículas se movem para o alto da página, ao utilizarmos a Segunda Regra da Mão Direita, encaixando o dedão no sentido da velocidade e, ao mesmo tempo, os outros dedos no sentido do campo, então a palma da mão direita estará indicando o sentido da força magnética sobre a partícula positiva, enquanto o dorso da mesma mão estará indicando o sentido da força magnética sobre a partícula negativa. Use a Figura 16 para encaixar a mão direita e utilizar a regra! Conseguiu? Deu certinho? Se quiser, pode mandar uma mensagem pelo fórum de dúvidas ou pelas redes sociais pra me contar se conseguiu ou se teve alguma dificuldade! Qualquer ajuda que precisar, pode contar comigo! Uma propriedade importante de se destacar sobre esta força magnética é a de que ela sempre será perpendicular ao plano formado pela indução magnética e pela velocidade da partícula, de forma que a partícula tenderá a um movimento circular. Conforme a partícula vira sua velocidade, a força vira junto, permanecendo sempre perpendicular à velocidade, causando uma aceleração centrípeta, que modifica a direção da velocidade, mas não modifica seu módulo. A força magnética sobre partículas eletricamente carregadas, em movimento, no interior de um campo magnético, assim como fizemos para os fios, também é dada pela Lei de Lorentz. A partir desta lei, temos que a força será igual ao produto de quatro fatores: intensidade da indução magnética do campo magnético na região, do valor da velocidade da partícula, da quantidade de carga elétrica líquida e do seno do ângulo entre o sentido da velocidade e a indução. Ao se fazer uma análise dimensional, temos: [𝐹] = [𝐵] ⋅ [𝑣] ⋅ [𝑞] ⋅ [sen 𝜃] A unidade de medida, no SI, da indução magnética é o tesla T, da velocidade é o metro por segundo m/s e da quantidade de carga elétrica líquida é o coulomb C. Embora ângulo possa ser indicado por radiano ou graus, o seno de um ângulo é adimensional, ou seja, não têm unidade de medida. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 52 𝑁 = 𝑇 ⋅ 𝑚 𝑠 ⋅ 𝐶 𝑛𝑒𝑤𝑡𝑜𝑛 = 𝑡𝑒𝑠𝑙𝑎 ⋅ 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜 ⋅ 𝑐𝑜𝑢𝑙𝑜𝑚𝑏 Como a intensidade da força depende do seno do ângulo entre o campo e a velocidade, então, a partir da Lei de Lorentz, teremos três situações possíveis. Caso 1: Força Máxima e MCU. Este primeiro caso é o de uma partícula eletricamente carregada que se move perpendicularmente às linhas de indução de campo magnético da região. Como o seno de 90° é igual à unidade, seu maior valor, a força magnética, neste caso, será igual ao produto 𝐹𝑀á𝑥 = 𝐵 ⋅ 𝑣 ⋅ 𝑞. Somente sob a ação desta força, a partícula terá um movimento circular uniforme, pois a força magnética será a resultante centrípeta. Caso 2: Força Intermediária e Movimento Helicoidal. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 53 Neste caso, a partícula eletricamente carregada tem velocidade com um ângulo maior que zero, porém menor que 90°. O valor do seno de um ângulo dentro desta faixa de valores é maior que zero, mas menor que a unidade. Assim, teremos que a força assumirá um valor diferente de zero, mas menor que o valor máximo. Nesta condição de força, a partícula acaba tendo um movimento circular uniforme ao mesmo tempo que avança uniformemente na direção do campo, tendo uma trajetória helicoidal. Uma trajetória helicoidal é uma composição de um MCU com um MRU, de forma que o plano que contém a trajetória circular avança em movimento uniforme em uma direção perpendicular. Veja a figura 17. Figura 17: Partícula positivamente carregada sob a ação de um campo magnético e em movimento helicoidal. Caso 3: Força nula e MRU. Se a partícula se mover paralelamente às linhas de campo, então ela não ficará sujeita à força magnética. Veja que o seno de 0° ou de 180° é zero, zerando a força. A partícula terá um movimento retilíneo uniforme neste caso, pois, livre de qualquer força, todo corpo se move em linha reta percorrendo distâncias iguais em intervalos de tempos iguais, conforme a Mecânica Newtoniana. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 54 Exemplo: UEA 2014 A figura representa o interior de uma câmara no qual atua um campo magnético uniforme, representado por B. Uma carga elétrica positiva q é lançada dentro desta câmara com velocidade v oblíqua às linhas de campo B e no mesmo plano da figura. Tomando como referência o plano da figura, a direção e o sentido da força magnética que começa a atuar em q, são, respectivamente: A) vertical e para cima. B) horizontal e para a direita. C) horizontal e para a esquerda. D) perpendicular e para fora. E) perpendicular e para dentro. Comentários A direção e o sentido da força magnética sobre uma partícula eletricamente carregada, em movimento, no interior de um campo magnético podem ser dados pela Segunda Regra da Mão Direita. Para aplicarmos esta regra, precisaremos da nossa mão direita à disposição, posicionando a mão como se fosse estendê-la para cumprimentar alguém, de forma que os quatro dedos fiquem estendidos e o dedão levantado. Com a mão direitanesta posição, posicionamos o dedão na mesma direção e sentido da velocidade da partícula. A mesmo tempo, os outros dedos esticados devem se posicionar conforme a orientação da indução do campo magnético do local. Assim, a palma da mão direita estará indicando a direção da força. Se a partícula for positivamente carregada, o sentido da força magnética sobre ela será dado pela palma da mão (sentido do tapa). Se a partícula por negativamente carregada, o sentido da força magnética sobre ela será dado pelo dorso da mão (sentido do tabefe). t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 55 Portanto, como a partícula está positivamente carregada, teremos uma força magnética perpendicular ao plano da página e para dentro. Gabarito: “E” Exemplo: UNESP 2004 Um próton, de carga 1,6 𝑥 10−19 𝐶 e massa 1,6 𝑥 10−27𝑘𝑔, move-se com velocidade de 8 𝑥 106 𝑚/𝑠 numa dada direção, até o momento em que entra numa região onde existe um campo magnético. Esse campo tem intensidade de 2,5 T e direção formando um ângulo de 30° com a direção que se movia o próton. A aceleração inicial do próton, ao entrar na região desse campo magnético, é A) 1,8 x 1015 m/s2. B) 1,6 x 1015 m/s2. C) 1,4 x 1015 m/s2. D) 1,2 x 1015 m/s2. E) 1,0 x 1015 m/s2. Comentários Sabemos que a força resultante sobre o próton é a força magnética, assim: 𝐹𝑀 = 𝑚 ⋅ 𝑎 𝐹𝑀 = 𝑞 ⋅ |𝑉| ⋅ |𝐵| ⋅ 𝑠𝑒𝑛(θ) t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 56 Assim, 𝑞 ⋅ |𝑉| ⋅ |𝐵| ⋅ 𝑠𝑒𝑛(θ) = 𝑚 ⋅ 𝑎 𝑎 = 𝑞 ⋅ |𝑉| ⋅ |𝐵| ⋅ 𝑠𝑒𝑛(θ) 𝑚 a = 1,6 ⋅ 10−19 ⋅ 8,0 ⋅ 106 ⋅ 2,5 ⋅ 𝑠𝑒𝑛(30°) 1,6 ⋅ 10−27 𝑎 = 1,0 ⋅ 1015𝑚/𝑠2 Gabarito: “E” 3.2.1. Trajetória Circular Partículas eletricamente carregadas, em movimento no interior de campos magnéticos tendem a ter movimentos circulares quando submetidas somente à ação da força magnética. Isto se deve ao fato de que a força magnética ser sempre perpendicular à velocidade da partícula, causando uma aceleração centrípeta. Como estudamos em Dinâmica, se uma força é perpendicular à velocidade, ela não altera seu módulo, mas sim a sua direção. Por este motivo, a �⃗�𝑚𝑎𝑔 pode somente alterar a direção de 𝑣. Assim, partículas eletricamente carregadas, em movimento, no interior de campos magnéticos, tendem a ter movimentos circulares, sem sofrerem incrementos em suas energias cinéticas. Ao aplicarmos a 2ª Lei de Newton para uma partícula de massa m em Movimento Circular Uniforme, submetida somente à ação de uma força magnética, podemos encontrar uma relação para o raio da trajetória. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 57 𝐹𝑟𝑒𝑠 = 𝑚 ⋅ 𝑎 𝐹𝑟𝑒𝑠𝑢𝑙𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟í𝑝𝑒𝑡𝑎 = 𝑚 ⋅ 𝑎𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟í𝑝𝑒𝑡𝑎 𝐹𝑀𝑎𝑔 = 𝑚 ⋅ 𝑎𝑀𝐶𝑈 𝐵 ⋅ 𝑣 ⋅ 𝑞 ⋅ sen 𝜃𝑣𝐵 = 𝑚 ⋅ 𝑣2 𝑅 Para o caso de força máxima, com a partícula se movendo perpendicularmente às linhas de campo, temos: 𝐵 ⋅ 𝑞 ⋅ 1 = 𝑚 ⋅ 𝑣 𝑅 Raio da Trajetória Circular 𝑅 = 𝑚 ⋅ 𝑣 𝑞 ⋅ 𝐵 Veja que o raio da trajetória circular de uma partícula eletricamente carregada em movimento no interior de um campo magnético é diretamente proporcional à massa e à velocidade, ao mesmo tempo que é inversamente proporcional à quantidade de carga líquida e à indução magnética. Quanto maior a massa e mais rapidamente a partícula se move, maior tende a ser o raio da trajetória. Mas, quanto mais carga elétrica e mais intenso for o campo magnético, mais fechada tende a ser a curva, menor tende a ser o raio. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 58 Exemplo: UNESP 2014 Espectrometria de massas é uma técnica instrumental que envolve o estudo, na fase gasosa, de moléculas ionizadas, com diversos objetivos, dentre os quais a determinação da massa dessas moléculas. O espectrômetro de massas é o instrumento utilizado na aplicação dessa técnica. (www.em.iqm.unicamp.br. Adaptado.) A figura representa a trajetória semicircular de uma molécula de massa m ionizada com carga +𝑞 e velocidade escalar 𝑉, quando penetra numa região R de um espectrômetro de massa. Nessa região atua um campo magnético uniforme �⃗⃗� perpendicular ao plano da figura, com sentido para fora dela, representado pelo símbolo ⊙. A molécula atinge uma placa fotográfica, onde deixa uma marca situada a uma distância x do ponto de entrada. Considerando as informações do enunciado e da figura, é correto afirmar que a massa da molécula é igual a A) 𝑞⋅𝑉⋅𝐵⋅𝑥 2 B) 2⋅𝑞⋅𝐵 𝑉⋅𝑥 C) 𝑞⋅𝐵 2⋅𝑉⋅𝑥 D) 𝑞⋅𝑥 2⋅𝐵⋅𝑉 E) 𝑞⋅𝐵⋅𝑥 2⋅𝑉 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 59 Comentários Para que a trajetória seja uma semicircunferência, ao entrar perpendicularmente na região do campo magnético homogêneo, a força e a velocidade são sempre perpendiculares. Assim, a força não altera a magnitude da velocidade, apenas a sua direção. Além disso, como a força é perpendicular à velocidade, então a partícula descreverá um movimento circular uniforme (MCU), em que a força magnética sempre apontará para o centro da trajetória. O raio da trajetória circular 𝑅 pode ser determinado pela segunda lei de Newton. 𝐹𝑐𝑝 = 𝑚 ⋅ 𝑎𝑐𝑝 Como a força magnética é a resultante centrípeta do movimento, então: 𝐹𝑚𝑎𝑔 = 𝑚 ⋅ 𝑎𝑀𝐶𝑈 |𝑞| ⋅ 𝑣 ⋅ 𝐵 = 𝑚 ⋅ 𝑣2 𝑅 Substituindo-se as informações do enunciado, adotando que o raio da trajetória será 𝑥/2: 𝑞 ⋅ 𝑉 ⋅ 𝐵 = 𝑚 ⋅ 𝑉2 𝑥/2 𝑚 = 𝑞 ⋅ 𝑉 ⋅ 𝐵 ⋅ 𝑥 2 ⋅ 𝑉2 = 𝑞 ⋅ 𝑉 ⋅ 𝐵 ⋅ 𝑥 2 ⋅ 𝑉2 = 𝑞 ⋅ 𝐵 ⋅ 𝑥 2 ⋅ 𝑉 Gabarito: “E” Exemplo: UFRGS 2013 Duas partículas, com cargas q1 e q2 e massas m1 e m2, penetram com a mesma velocidade de módulo v, através do orifício P, em uma região de campo magnético uniforme B, dirigido perpendicularmente para fora desta página, conforme representa a figura abaixo. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 60 As partículas descrevem órbitas circunferenciais de raios diferentes R1 e R2, tais que R2 = 2 R1. Com base na descrição acima, podemos garantir que estas partículas possuem A) o mesmo período orbital. B) valores iguais de quantidade de movimento linear. C) m1 = m2/2. D) q1 = 2 q2. E) q1/m1 = 2 q2/m2. Comentários Para que a trajetória seja uma semicircunferência, ao entrar perpendicularmente na região do campo magnético homogêneo, a força e a velocidade são sempre perpendiculares. Assim, a força não altera a magnitude da velocidade, apenas a sua direção. Além disso, como a força é perpendicular à velocidade, então a partícula descreverá um movimento circular uniforme (MCU), em que a força magnética sempre apontará para o centro da trajetória. O raio da trajetória circular 𝑅 pode ser determinado pela segunda lei de Newton. 𝐹𝑐𝑝 = 𝑚 ⋅ 𝑎𝑐𝑝 Como a força magnética é a resultante centrípeta do movimento, então: 𝐹𝑚𝑎𝑔 = 𝑚 ⋅ 𝑎𝑀𝐶𝑈 |𝑞| ⋅ 𝑣 ⋅ 𝐵 = 𝑚 ⋅ 𝑣2 𝑅 𝑅 = 𝑚 ⋅ 𝑣 𝑞 ⋅ 𝐵 Como 𝑅2 = 2 ⋅ 𝑅1, então podemos escrever a seguinte relação: 𝑅2 = 2 ⋅ 𝑅1 𝑚2 ⋅ 𝑣 𝑞2 ⋅ 𝐵 = 2 ⋅ 𝑚1 ⋅ 𝑣 𝑞1 ⋅ 𝐵 Já que as duas partículas entram no mesmo campo magnético com iguais velocidades, então ficamos: 𝑚2 𝑞2 = 2 ⋅ 𝑚1 𝑞1 Trocando todos os termos de lado, podemos reescrever a relação obtida acima como apresentado na alternativa E. 𝑞1 𝑚1 = 2 ⋅ 𝑞2 𝑚2 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 61 As partículas possuem quantidades de movimento diferentes, pois, como a quantidade de movimento linear é igual ao produto da massa pela velocidade, as partículas têm massas diferentes. O período orbital, que é o período da trajetória, indica o intervalo de tempo para a partícula completar uma circunferência,dando uma volta completa. Podemos obter o período de rotação a partir da equação da velocidade linear. 𝑣 = 2 ⋅ 𝜋 ⋅ 𝑅 𝑇 Assim, o período pode ser dado por: 𝑇 = 2 ⋅ 𝜋 ⋅ 𝑅 𝑣 Embora as partículas tenham velocidades iguais, elas têm raios diferentes, resultando em períodos diferentes. Gabarito: “E” Exemplo: ENEM 2019 O espectrômetro de massa de tempo de voo é um dispositivo utilizado para medir a massa de íons. Nele, um íon de carga elétrica 𝑞 é lançado em uma região de campo magnético constante 𝐵, descrevendo uma trajetória helicoidal, conforme a figura. Essa trajetória é formada pela composição de um movimento circular uniforme no plano 𝑦𝑧 e uma translação ao longo do eixo 𝑥. A vantagem desse dispositivo é que a velocidade angular do movimento helicoidal do íon é independente de sua velocidade inicial. O dispositivo então mede o tempo 𝑡 de voo para 𝑁 voltas do íon. Logo, com base nos valores 𝑞, 𝐵, 𝑁 𝑒 𝑡, pode-se determinar a massa do íon. A massa do íon medida por esse dispositivo será A) 𝑞𝐵𝑇 2𝜋𝑁 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 62 B) 𝑞𝐵𝑇 𝜋𝑁 C) 2𝑞𝐵𝑇 𝜋𝑁 D) 𝑞𝐵𝑇 𝑁 E) 2𝑞𝐵𝑇 𝑁 Comentários Partículas eletricamente carregadas, em movimento no interior de campos magnéticos tendem a ter movimentos circulares quando submetidas somente à ação da força magnética. Isto se deve ao fato de que a força magnética ser sempre perpendicular à velocidade da partícula, causando uma aceleração centrípeta. Ao aplicarmos a 2ª Lei de Newton para uma partícula de massa m em Movimento Circular Uniforme, submetida somente à ação de uma força magnética, podemos encontrar uma relação para o raio da trajetória. 𝐹𝑟𝑒𝑠 = 𝑚 ⋅ 𝑎 𝐹𝑟𝑒𝑠𝑢𝑙𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟í𝑝𝑒𝑡𝑎 = 𝑚 ⋅ 𝑎𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟í𝑝𝑒𝑡𝑎 𝐹𝑀𝑎𝑔 = 𝑚 ⋅ 𝑎𝑀𝐶𝑈 𝐵 ⋅ 𝑣 ⋅ 𝑞 ⋅ sen 𝜃𝑣𝐵 = 𝑚 ⋅ 𝑣2 𝑅 𝑅 = 𝑚 ⋅ 𝑣 𝑞 ⋅ 𝐵 O período orbital, que é o período da trajetória, indica o intervalo de tempo para a partícula completar uma circunferência, dando uma volta completa. Podemos obter o período de rotação a partir da equação da velocidade linear. 𝑣 = 2 ⋅ 𝜋 ⋅ 𝑅 𝑇 Assim, o período pode ser dado por: 𝑇 = 2 ⋅ 𝜋 ⋅ 𝑅 𝑣 Como o tempo 𝑡 é medido para 𝑁 voltas, então temos: t = T ⋅ 𝑁 𝑡 = 2 ⋅ π ⋅ 𝑅 𝑣 ⋅ 𝑁 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 63 𝑡 = 2 ⋅ π ⋅ 𝑚 ⋅ 𝑣 ⋅ 𝑁 𝑞 ⋅ 𝐵 ⋅ 𝑣 𝑡 = 2 ⋅ 𝜋 ⋅ 𝑚 ⋅ 𝑁 𝑞 ⋅ 𝐵 m = 𝑞 ⋅ 𝐵 ⋅ 𝑡 2 ⋅ π ⋅ 𝑁 Gabarito: “A” Auroras Boreais e Auroras Austrais Certamente, um dos fenômenos naturais mais sensacionais que existe é o das auroras! Se você nunca viu, coloque na sua lista de desejos aí! Aurora boreal vista do solo. O Sol nada mais é do que uma grande bola de hidrogênio e hélio superaquecida a tal ponto que o gás é ionizado, formando o que chamamos de plasma. Plasma é um gás ionizado, com moléculas eletricamente carregadas, que, devido ao seu movimento por agitação térmica, interagem eletromagneticamente, apresentando propriedades únicas. Inclusive, diversos cientistas consideram um plasma como um estado distinto para a matéria. As elevadas temperaturas no Sol fazem com que ele tenha bolhas de material que podem escapar do seu campo gravitacional e do seu campo magnético, sendo t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 64 lançadas para o espaço. Eventualmente, estas bolhas de material que se desprendem da coroa solar (fenômeno chamado de Ejeção de Massa Coronal), atingem planetas que, além de terem campo magnético, também apresentam atmosfera. Em nosso sistema solar, já avistamos auroras em Saturno, Júpiter, Marte, Vênus, Urano e Netuno, além daqui na Terra. O material ejetado pelo Sol é uma nuvem composta basicamente por prótons e elétrons que viajam em alta velocidade, atingindo a Terra em cerca de três dias. Quando estas partículas atingem o campo magnético terrestre, acabam submetidas a forças magnéticas que as fazem ter movimentos helicoidais em torno das linhas do campo geomagnético e se concentrarem nas regiões polares. Quando estas partículas, conduzidas pelo magnetismo da Terra, aproximam- se do solo, acabam por encontrar a nossa atmosfera, composta principalmente de nitrogênio e oxigênio. A interação das partículas carregadas com as moléculas da nossa atmosfera faz com que o gás emita luz. Partículas eletricamente carregadas podem deixar um rastro luminoso quando atravessam e se chocam com as moléculas de um gás. O fenômeno das auroras é a emissão de luz devido à interação de partículas eletricamente carregadas em altas velocidades que se chocam e fazem os gases atmosféricos emitirem luz, transformando energia cinética em energia luminosa. Aqui na Terra, elas aparentam ser nuvens com tons de verde ou azul turquesa, também podendo apresentar toques de rosa e violeta. Ela ocorre com muito mais intensidade próxima aos polos magnéticos da Terra, pois as partículas elétricas acabam se concentrando ao serem desviadas pela interação magnética com o campo geomagnético. Aurora boreal vista do solo. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 65 Exemplo: UDESC 2016 Observe o extrato a seguir do conto “Tempestade Solar” do escritor Ítalo Calvino. “O Sol está sujeito a contínuas perturbações internas de sua matéria gasosa e incandescente, que se manifestam em perturbações visíveis na superfície: protuberâncias estourando como bolhas, manchas de luminosidade atenuada, intensas cintilações das quais se erguem no espaço jatos repentinos. Quando uma nuvem de gás eletrizado emitido no espaço pelo Sol investe a Terra atravessando as faixas de Van Allen, registram-se tempestades magnéticas e auroras boreais” (Ítalo Calvino em Todas as Cosmicômicas – Companhia das Letras, 2007, 1 ed., p. 318). Esse trecho relata fenômenos que afetam diretamente o mundo atual. Diariamente uma “chuva de partículas” proveniente do Sol bombardeia o planeta Terra. Caso essas partículas chegassem à superfície terrestre, ocorreriam diversos problemas de saúde. Felizmente, o campo magnético do nosso planeta oferece uma proteção natural contra essas partículas, defletindo-as antes de chegarem à superfície. Por outro lado, quando o Sol tem picos de atividade, em períodos de aproximadamente 11 anos, esses ventos solares penetram mais na atmosfera prejudicando seriamente os sistemas de comunicação via satélite e os sistemas de GPS. Esse fenômeno afeta em particular o Brasil, onde se encontra a Anomalia Magnética do Atlântico Sul, na qual há a redução da intensidade do campo magnético terrestre. Analise as proposições sobre a ação do campo magnético terrestre para defletir as partículas carregadas da superfície do planeta Terra. I. A força magnética atua sempre perpendicularmente ao plano definido pelos vetores velocidade e campo magnético terrestre. II. A força magnética varia o módulo da velocidade e a sua direção, desviando as partículas para os polos terrestres. III. No caso do Brasil, o raio da trajetória das partículas é maior que nos países que se encontram fora da Anomalia Magnética do Atlântico Sul, pois o campo magnético é menos intenso. IV. O raio da trajetória da partícula é diretamente proporcional ao campo magnético terrestre e inversamente proporcional à sua velocidade. Assinale a alternativa correta. A) Somente as afirmativas I e II são verdadeiras. B) Somente as afirmativas II e III são verdadeiras. C) Somente as afirmativas III e IV são verdadeiras. D) Somente as afirmativas I e III são verdadeiras. E) Somente as afirmativas II e IV são verdadeiras. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 66 Comentários I – VERDADEIRA. A direção e o sentido da força magnética sobre umapartícula eletricamente carregada, em movimento, no interior de um campo magnético podem ser dados pela Segunda Regra da Mão Direita. Se a partícula for positivamente carregada, o sentido da força magnética sobre ela será dado pela palma da mão (sentido do tapa). Se a partícula por negativamente carregada, o sentido da força magnética sobre ela será dado pelo dorso da mão (sentido do tabefe). Uma propriedade importante de se destacar sobre esta força magnética é a de que ela sempre será perpendicular ao plano formado pela indução magnética e pela velocidade da partícula, de forma que a partícula tenderá a um movimento circular. II – FALSA. Uma propriedade importante de se destacar sobre esta força magnética é a de que ela sempre será perpendicular ao plano formado pela indução magnética e pela velocidade da partícula, de forma que a partícula tenderá a um movimento circular. Conforme a partícula vira sua velocidade, a força vira junto, permanecendo sempre perpendicular à velocidade, causando uma aceleração centrípeta, que modifica a direção da velocidade, mas não modifica seu módulo. III – VERDADEIRA. Ao aplicarmos a 2ª Lei de Newton para uma partícula de massa m em Movimento Circular Uniforme, submetida somente à ação de uma força magnética, podemos encontrar uma relação para o raio da trajetória. 𝐹𝑟𝑒𝑠 = 𝑚 ⋅ 𝑎 𝐹𝑟𝑒𝑠𝑢𝑙𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟í𝑝𝑒𝑡𝑎 = 𝑚 ⋅ 𝑎𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟í𝑝𝑒𝑡𝑎 𝐹𝑀𝑎𝑔 = 𝑚 ⋅ 𝑎𝑀𝐶𝑈 𝐵 ⋅ 𝑣 ⋅ 𝑞 ⋅ sen 𝜃𝑣𝐵 = 𝑚 ⋅ 𝑣2 𝑅 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 67 𝑅 = 𝑚 ⋅ 𝑣 𝑞 ⋅ 𝐵 Quanto maior a massa e mais rapidamente a partícula se move, maior tende a ser o raio da trajetória. Mas, quanto mais carga elétrica e mais intenso for o campo magnético, mais fechada tende a ser a curva, menor tende a ser o raio. IV – FALSA. O raio da trajetória circular de uma partícula eletricamente carregada em movimento no interior de um campo magnético é diretamente proporcional à massa e à velocidade, ao mesmo tempo que é inversamente proporcional à quantidade de carga líquida e à indução magnética. Gabarito: “D” t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 68 3.2.2. Campo Elétrico x Campo Magnético Muito cuidado para não se confundir ou causar confusão na hora de identificar forças sobre partículas elétricas! Uma partícula eletricamente carregada em um CAMPO ELÉTRICO fica submetida a uma força na mesma direção das linhas de campo, de forma que partículas positivamente carregadas sentem força na mesma direção e sentido do CAMPO ELÉTRICO e partículas negativamente carregadas sentem força na mesma direção, mas no sentido oposto ao CAMPO ELÉTRICO. Por exemplo, se temos um CAMPO ELÉTRICO uniforme, como o formado entre duas placas carregadas com cargas opostas, uma positiva e outra negativa, como o apresentado na figura que segue, a intensidade da FORÇA ELÉTRICA será dada pelo produto da quantidade de carga elétrica líquida pela intensidade do campo elétrico. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 69 Figura 18: Partículas eletricamente carregadas em um Campo Elétrico uniforme. Para uma partícula carregada eletricamente carregada ficar submetida a uma força elétrica, basta que ela esteja em um campo elétrico. se a partícula for abandonada, inicialmente em repouso, quando submetida a uma força elétrica, ele irá aumentar sua velocidade, pois ficará submetida a uma aceleração alinhada com as linhas de campo. esta ação poderá fazer com que, se as partículas já estiverem se movendo, que elas aumentem ou diminuam suas velocidades, podendo, inclusive, desvia-las de forma a traçarem um caminho parabólico. Agora, para que uma partícula carregada eletricamente fique submetida a uma FORÇA MAGNÉTICA, é necessário que ela se mova em uma direção que cruza as linhas de CAMPO MAGNÉTICO. Ou seja, partículas elétricas em repouso em um campo magnético não ficam submetidas a forças magnéticas, bem como as que se movem paralelamente às linhas de indução de um campo magnético. Como vimos, a FORÇA MAGNÉTICA sobre partículas eletricamente carregadas, em movimento, no interior de um CAMPO MAGNÉTICO é dada pelo produto de quatro fatores: intensidade da indução magnética do campo magnético na região, do valor da velocidade da t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 70 partícula, da quantidade de carga elétrica líquida e do seno do ângulo entre o sentido da velocidade e a indução. Além disso, partículas eletricamente carregadas, em movimento no interior de campos magnéticos tendem a ter movimentos circulares quando submetidas somente à ação da força magnética. Isto se deve ao fato de que a força magnética é sempre perpendicular à velocidade da partícula, causando uma aceleração centrípeta. A orientação da FORÇA MAGNÉTICA sobre uma partícula eletricamente carregada, em movimento, no interior de um campo magnético é dada pela Segunda Regra da Mão Direita, de modo que, se a partícula for positivamente carregada, o sentido da força magnética sobre ela será indicado pela palma da mão (sentido do tapa) e, se a partícula por negativamente carregada, o sentido da força magnética sobre ela será indicado pelo dorso da mão (sentido do tabefe). Figura 19: Partícula positivamente carregada e movimento em um campo elétrico (esquerda) e em um campo magnético (direita). t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 71 Exemplo: FUVEST 2020 Um solenoide muito longo é percorrido por uma corrente elétrica 𝐼,conforme mostra a figura 1. Em um determinado instante, uma partícula de carga 𝑞 positiva desloca‐se com velocidade instantânea 𝑣 perpendicular ao eixo do solenoide, na presença de um campo elétrico na direção do eixo do solenoide. A figura 2 ilustra essa situação, em uma seção reta definida por um plano que contém o eixo do solenoide. O diagrama que representa corretamente as forças elétrica 𝐹𝐸⃗⃗⃗⃗⃗ e magnética 𝐹𝐵⃗⃗⃗⃗⃗,atuando sobre a partícula é: A) B) t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 72 C) D) E) Comentários Uma partícula eletricamente carregada no interior de um campo elétrico sofre uma Força Elétrica na mesma direção deste campo, podendo ser no mesmo sentido se for uma partícula positivamente carregada, ou no sentido oposto ao do campo se for uma partícula negativamente carregada. A figura apresenta um caso de duas partículas no interior de um Campo Elétrico Uniforme. Uma partícula eletricamente carregada, em movimento, numa região onde existe um Campo Magnético, sofre a ação de uma Força Magnética perpendicular à sua Velocidade, caso sua velocidade não esteja na mesma direção do campo. Se isso ocorrer, a Força Magnética será nula. A configuração do Campo Magnético no interior de um solenoide pode ser representada como na figura ao lado. Como a partícula se move perpendicularmente às linhas de Campo Magnético no interior do solenoide, numa direção perpendicular e para dentro do plano da página, a Força Magnética será vertical e para baixo (conforme a Segunda Regra da Mão Direita), enquanto a Força Elétrica apontará para a direita, conforme o diagrama abaixo. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 73 Gabarito: “A” Exemplo: UFRGS 2011 Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas no fim do enunciado que segue, 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, maso campo elétrico não está representado. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 74 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 Comentários Como o elétron atravessa a região com velocidade constante, então, conforme a mecânica newtoniana, ele deve estar sob equilíbrio de forças. Logo, a força elétrica, devido ao campo elétrico, e a força magnética, devido ao campo magnético, devem se anular. Uma partícula eletricamente carregada no interior de um campo elétrico sofre uma Força Elétrica na mesma direção deste campo, podendo ser no mesmo sentido se for uma partícula positivamente carregada, ou no sentido oposto ao do campo se for uma partícula negativamente carregada. A figura apresenta um caso de duas partículas no interior de um Campo Elétrico Uniforme. Uma partícula eletricamente carregada, em movimento, numa região onde existe um Campo Magnético, sofre a ação de uma Força Magnética perpendicular à sua Velocidade, caso sua velocidade não esteja na mesma direção do campo. A direção e o sentido da força magnética sobre uma partícula eletricamente carregada, em movimento, no interior de um campo magnético podem ser dados pela Segunda Regra da Mão Direita. Se a partícula for positivamente carregada, o sentido da força magnética sobre ela será dado pela palma da mão (sentido do tapa). Se a partícula por negativamente carregada, o sentido da força magnética sobre ela será dado pelo dorso da mão (sentido do tabefe). t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 75 Como temos um elétron, então o campo elétrico deve estar orientado no sentido oposto ao da força elétrica sobre ele, ao mesmo tempo que a força magnética deve estar na mesma direção da força elétrica, porém no sentido oposto. Como temos o campo magnético representado, ao aplicarmos a Segunda Regra da Mão Direita para uma partícula negativa, podemos perceber que a força magnética está orientada para fora do plano da página. Assim, para a partícula estar em equilíbrio dinâmico, então a força elétrica deve estar orientada para dentro do plano da página. Portanto, podemos concluir que, se a força elétrica sobre o elétron está para dentro da página, então o campo elétrico deve estar para fora do plano da página, emergindo perpendicularmente. Já o seu módulo pode ser obtido a partir da relação de equilíbrio, pois a força elétrica deve ter igual módulo que a força magnética. Enquanto a intensidade da força elétrica é dada pelo produto da quantidade de carga elétrica líquida pela intensidade do campo elétrico, a força magnética é dada pelo produto de quatro fatores: intensidade da indução magnética do campo magnético na região, do valor da velocidade da partícula, da quantidade de carga elétrica líquida e do seno do ângulo entre o sentido da velocidade e a indução. 𝐹𝑒𝑙 = 𝐹𝑀𝑎𝑔 𝐸 ⋅ 𝑞 = 𝐵 ⋅ 𝑣 ⋅ 𝑞 ⋅ sen 𝜃𝑣𝐵 Como a velocidade da partícula é perpendicular à indução magnética, então o seno fica igual a 1. 𝐸 = 𝐵 ⋅ 𝑣 Gabarito: “B” t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 76 4) INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA A Indução Eletromagnética é o estudo da eletricidade gerada por magnetismo variável. Em 1831, Michael Faraday (1791 – 1867) percebeu que ligar e desligar uma chave em um circuito fazia com que correntes elétricas fossem induzidas em outro circuito próximo. Isto ocorre, pois a ação de ligar e desligar um circuito produzia, na região, um campo magnético variável, que induzia uma força eletromotriz em sistemas próximos. Os principais processos de geração de energia elétrica são baseados neste princípio: variar o magnetismo próximo a materiais condutores em um gerador, movimentando ímãs ou eletroímãs próximos a fios ou movimentando fios próximos a ímãs ou eletroímãs. Em hidrelétricas, a queda da água movimenta uma turbina hidráulica, que movimenta um gerador. Na geração eólica, o vento movimenta uma turbina eólica, que movimenta um gerador. Em termoelétricas, o vapor movimenta uma turbina, que movimenta um gerador. E assim por diante. Outra aplicação importante da indução eletromagnética é a dos transformadores, que convertem um valor de tensão elétrica alternada em outro. Eles são essenciais para reduzir as perdas e possibilitar a transmissão da energia elétrica da usina até as residências. Pequenos transformadores também são utilizados em eletrodomésticos, como refrigeradores, por exemplo. A indução eletromagnética também serve de base para o funcionamento de fornos de indução, que são capazes de aquecer o metal das panelas sem utilizar qualquer chama ou queima. Além disso, temos também os captadores eletromagnéticos utilizados em instrumentos musicais, como em guitarras e contrabaixos. Enfim, existe uma infinidade de aplicações da lei que estudaremos neste capítulo, além de ser uma das preferidas em nossas provas! O fenômeno da indução eletromagnética consiste na geração de Eletricidade a partir de Magnetismo Variável. Ou, em termos mais técnicos, mais formais, no surgimento de uma Força Eletromotriz Induzida devido à Variação do Fluxo Magnético em uma região. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 77 4.1. Lei de Faraday - Neumann Embora tenha sido Michael Faraday que tenha descoberto e evidenciado experimentalmente o fenômeno da indução eletromagnética, foi Franz Ernst Neumann (1798 – 1895) que escreveu matematicamente a equação conhecida como a Lei de Faraday-Neumann. t Mag = A unidade de medida de fluxo magnético é o weber, cujo símbolo é o Wb. Com o tempo indicado em segundos, teremos que a unidade de medida da força eletromotriz fica o weber por segundo, Wb/s, que é equivalente ao volt V. [𝜀] = [∆𝜑𝑚𝑎𝑔] [∆𝑡] = 𝑊𝑏 𝑠 = 𝑉 Ainda neste capítulo teremos uma sessão para falar especificamente sobre a grandeza fluxo magnético, que quantifica o magnetismo que atravessa uma região. Nós já estudamos grandezas que são iguais à variação temporal de outras: a velocidade, que é a variação temporal da posição; a aceleração, que é a variação temporal da velocidade; a Segunda Lei de Newton, que diz que a resultante das forças sobre um corpo é igual à variação temporal da quantidade de movimento. Veja as relações abaixo: 𝑉 = ∆𝑥 ∆𝑡 𝑎 = ∆𝑉 ∆𝑡 𝐹𝑟𝑒𝑠 = ∆𝑝 ∆𝑡 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 78 Assim, quanto mais rapidamente um corpo varia sua posição, maior a sua velocidade. Quanto mais rápido um móvel varia sua velocidade, maior a sua aceleração. Quanto maior a resultante das forças sobre uma partícula, mais rapidamente sua quantidade de movimento estará variando. Da mesma forma, quanto mais rapidamente o fluxo magnético estiver variando, mais intensa será a força eletromotriz induzida. Em outras palavras, se o magnetismo numa região estiver variando mais rápido, maior será a eletricidade induzida na região. A força eletromotriz nada mais é do que uma tensão elétrica, idêntica à força eletromotriz oferecida por baterias ou pilhas em circuitos eletrônicos. Exemplo: UFRGS 2010 Um campo magnético cuja intensidade varia no tempo atravessa uma bobina de 100 espiras e de resistência elétrica desprezível. A esta bobina está conectada em série uma lâmpada cuja resistência elétrica é de 10,0 Ω e que está dissipando 10,0 W. A variação temporal do fluxo magnético através de cada espira é, em módulo, de A) 0,01 Wb/s. B) 0,10 Wb/s. C) 1,0 Wb/s. D) 10,0 Wb/s. E) 100,0 Wb/s. Comentários A potência elétrica dissipada em um resistor porEfeito Joule é dada pelas seguintes relações: 𝑃 = 𝑖 ⋅ 𝑈 = 𝑅 ⋅ 𝑖2 = 𝑈2 𝑅 O “𝑈” nas relações acima indica a tensão elétrica sobre o resistor, que, neste contexto, nada mais é do que a força eletromotriz induzida 𝜀 na bobina. Então, podemos reescrever as relações: 𝑃 = 𝑖 ⋅ 𝜀 = 𝑅 ⋅ 𝑖2 = 𝜀2 𝑅 Assim, a força eletromotriz na bobina fica: 𝑃 = 𝜀2 𝑅 10 = 𝜀2 10 𝜀2 = 10 ⋅ 10 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 79 𝜀2 = 100 𝜀𝑏𝑜𝑏𝑖𝑛𝑎 = 10 𝑉 Se a bobina está submetida a 10 V e tem 100 espiras, então cada espira está submetida a uma força eletromotriz de 0,10 V. 𝜀𝑒𝑠𝑝𝑖𝑟𝑎 = 0,10 𝑉 A unidade de medida da força eletromotriz é o weber por segundo, Wb/s, que é equivalente ao volt V. Gabarito: “B” 4.1.1. Fluxo Magnético Fluxo Magnético é a grandeza física que mede a quantidade de linhas de campo que atravessam uma delimitada região do espaço. Quanto mais linhas magnéticas atravessarem uma região, maior o fluxo de magnetismo através dela. Ele é definido pelo produto da área da região, pela indução magnética e pelo cosseno do ângulo entre a área e a indução. Ao se fazer uma análise dimensional, temos: [𝜑𝑚𝑎𝑔] = [𝐴] ⋅ [𝐵] ⋅ [cos 𝜃] 𝑊𝑏 = 𝑚2 ⋅ 𝑇 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 80 A unidade weber, que quantifica um fluxo magnético, é equivalente a tesla vezes metro quadrado. Lembre-se de que ângulo tem unidade, que pode ser grau ou radiano, mas cosseno de um ângulo é adimensional. Este termo do cosseno do ângulo entre a área e a indução do campo magnético corrige o fluxo para diferentes posições da área em relação às linhas de campo. Um campo magnético aponta conforme a indicação e a orientação das suas linhas de indução. Já uma área aponta numa direção perpendicular ao seu plano. Ou seja, uma área aponta bem para frente dela, para fora do seu plano. Assim, podemos ter três casos para o fluxo. Caso 1: Fluxo NULO. Neste caso, com a área apontando para uma direção perpendicular às linhas de campo, temos que nenhuma linha de indução atravessa a região, de forma que não temos nenhum fluxo magnético na região. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 81 Caso 2: Fluxo Intermediário. Neste segundo caso, com a área inclinada em relação às linhas de campo, temos algumas linhas que já atravessam a região, definindo um fluxo magnético não nulo, porém menor que o máximo de fluxo possível, que se dará no caso 3. Caso 3: Fluxo Máximo! Agora sim! Se a área estiver alinhada com as linhas de campo, teremos o máximo possível de linhas de indução atravessando a região. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 82 Exemplo: UFRGS 2012 A figura abaixo representa três posições, P1, P2 e P3, de um anel condutor que se desloca com velocidade v constante numa região em que há um campo magnético B, perpendicular ao plano da página. Com base nestes dados, é correto afirmar que uma corrente elétrica induzida no anel surge em A) P1. B) P3. C) P1 e P3. D) P2 e P3. E) P1, P2 e P3. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 83 Comentários Uma corrente elétrica surge no anel condutor quando ele estiver submetido a uma força eletromotriz induzida quem por sua vez, surgirá quando houver variação do fluxo magnético na região no anel, pois, conforme a Lei de Faraday, a força eletromotriz induzida é igual à variação temporal do fluxo magnético. 𝜀 = ∆𝜑𝑚𝑎𝑔 ∆𝑡 Como o anel condutor entra e sai da região com campo magnético, sem girar, então, ao entrar na região com campo, posição 𝑃1, ele passa de uma situação de fluxo zero para fluxo máximo, ficando submetido a uma força eletromotriz induzida. Ao se mover no interior da região, posição 𝑃2, sem girar, teremos sempre a mesma quantidade de linhas de indução magnéticas atravessando a região do anel, de forma que o fluxo é máximo, mas não sofre qualquer variação. Assim, não surge força eletromotriz induzida. Ao sair da região, posição 𝑃3, o anela passa de uma situação de fluxo máximo para uma situação de fluxo zero, onde não mais tem linhas magnéticas passando pela região do anel, variando o fluxo e, por consequência, ficando submetido a uma força eletromotriz induzida. Portanto, o anel fica percorrido por corrente elétrica ao entrar e sair da região de campo magnético, pois, ao variar o fluxo magnético, ele fica submetido a uma força eletromotriz induzida, nas posições 𝑃1 e 𝑃3. Gabarito: “C” OBS: A variação do fluxo magnético em uma região faz surgir uma força eletromotriz induzida. Porém, isto não significa que tenhamos sempre corrente elétrica induzida também. Se vai ou não ter corrente elétrica, dependerá do material. Para o caso de um material condutor (metálico), qualquer força eletromotriz irá fazer com que surja também uma corrente elétrica, pois os metais têm elétrons “livres”. Entretanto, se o material for isolante, a variação de fluxo induzirá uma força eletromotriz, mas ela pode não ser intensa o suficiente para gerar corrente elétrica. Portanto, a variação se fluxo sempre fara surgir força eletromotriz, mas nem sempre esta força eletromotriz causará uma corrente elétrica. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 84 Se a força eletromotriz induzida surge sempre que houver variação da fluxo magnético e o fluxo magnético depende de três fatores: área, campo magnético e cosseno do ângulo entre a área e as linhas de indução do campo, então, sempre que variar qualquer um desses fatores, teremos eletricidade induzida. Portanto, sempre que um sistema que tenha uma área variável, ou magnetismo variável, ou, ainda, modifique o ângulo da área com o campo magnético, teremos eletricidade induzida nesse sistema. Por exemplo, se temos um rolo de fios condutores, no interior de um campo magnético, basta que este rolo de fios entre em rotação para que surja força eletromotriz e, consequentemente, corrente elétrica. Assim funcionam os geradores de eletricidade, que nada mais são do que motores elétricos ao contrário! Se temos um rolo de fios no interior de um campo magnético e colocarmos corrente elétrica nos fios, teremos uma força magnética que tenderá a rotacionar os fios. Esse é o motor elétrico. Mas, se ao invés de colocar corrente elétrica os girarmos, então teremos corrente elétrica nos fios. Esse é o gerador elétrico. O Motor elétrico transforme energia elétrica em energia mecânica (energia cinética, de movimento). O gerador, transforma energia mecânica em energia elétrica. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 85 4.2. Lei de Faraday - Neumann - Lenz Conforme a Lei de Faraday, a Força Eletromotriz induzida é igual à variação temporal do Fluxo Magnético numa região. A Lei de Lenz, Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804 – 1865), complementa a Lei de Faraday, dizendo que a Força Eletromotriz induzida por um Fluxo Magnético variável surge de maneira a se opor a esta variação. t Mag −= A lei de Lenz é aplicada para se conhecer o sentido da corrente elétrica induzida, conforme o sentido convencional das correntes elétricas visto na aula de Eletrodinâmica. O fenômeno da indução eletromagnética nada mais é do que um processo que transforma energia mecânica em energia elétrica. Logo, se a energia elétrica surge a partir do movimento de um ímã, por exemplo, então a energia mecânica desse ímã deve sofrer uma redução. Se a energia elétrica surge da rotação de uma bobina em um campo magnético, então a energia mecânica associada ao giro (energia cinética rotacional) deve sofrer uma redução. Essa redução da energia de movimentode um ímã ou de movimento rotacional de uma bobina resulta do surgimento de uma força eletromagnética que se opõe ao movimento do ímã ou da bobina, trancando-os sempre que surgir energia elétrica. Por exemplo, se temos o polo norte de um ímã se aproximando de uma espira, teremos que a força eletromotriz induzida na espira surgirá num sentido tal que deve se opor ao movimento do ímã. Veja a Figura 20. Com o polo norte do ímã se aproximando da espira, temos que uma força eletromotriz surge causando uma corrente elétrica no filamento da espira, indicada pelo galvanômetro (amperímetro). Esta corrente induzida gera um campo magnético ao redor e no interior da espira que acaba repelindo o ímã enquanto ele se aproxima, num sentido tal que, para o lado do ímã, teremos um polo norte. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 86 Da mesma forma, se temos o polo norte desse mesmo ímã se afastando, então a força eletromotriz na espira fará com que a corrente elétrica tenha sentido tal que o magnetismo gerado por ela se oponha ao afastamento do ímã, atraindo-o enquanto ele se afasta. Esse campo magnético gerado pela corrente induzida terá um sentido tal que, para o lado do ímã, teremos um polo sul. Veja a Figura 20. Figura 20: Orientação da corrente elétrica induzida em uma espira durante a aproximação (esquerda) e o afastamento (direita) de um ímã. Veja que, por coincidência, as pontas da letra N e da letra S coincidem com o sentido convencional da corrente elétrica induzida pelo movimento do ímã! Perceba também que, se fosse o polo sul do ímã se aproximando ou se afastando, tudo iria acontecer da mesma forma, porém a corrente teria sentido oposto ao apresentado na Figura 20. N S t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 87 Exemplo: 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. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 88 Escolha a alternativa que indica, aproximadamente, a posição do ponteiro do galvanômetro nos instantes mostrados acima. A) B) C) D) t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 89 E) Comentários A variação do fluxo magnético que ocorre na espira gera uma corrente induzida. A variação desse fluxo magnético ocorre devido ao movimento do imã em relação à espira. Sabendo disso, analisando cada uma das situações: Situação 1) Na figura (1) o imã começa a cair e com isso, ocorre a variação do fluxo magnético na espira. Esse fluxo gera uma corrente induzida. Como estamos aproximando o imã com o polo norte, a espira tende a se opor a esse fluxo, criando o mesmo polo a fim de impedir que o fluxo aumente. Portanto, como temos o polo norte na espira, teremos uma corrente no sentido anti-horário para um observador que está acima da bobina. Assim, segundo o enunciado o ponteiro do galvanômetro aponta para a esquerda. Figura (3): Na figura 3 temos a imã se afastando da espira, reduzindo seu fluxo magnético. Como a espira se opõem à redução, ela deve atrair o imã para tentar aumentar o fluxo. Dessa forma, temos que na parte inferior da bobina deve aparecer o polo norte. Na parte superior forma um polo sul, uma vez que estamos vendo de cima. O polo sul formado na espira gera uma corrente induzida no sentido horário, portanto, o galvanômetro se deslocará para a direita. A única alternativa que sobra é a A. Gabarito: “A” Exemplo: 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. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 90 Em relação a esse experimento, considere as seguintes afirmativas: 1. A força eletromotriz induzida entre t = 2 s e t = 4 s vale 50 V. 2. 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. 3. A corrente que circula pelo circuito entre t = 4 s e t = 8 s vale 25 A. 4. 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. Comentários Quando há variação no fluxo magnético sobre uma espira condutora, surge uma força eletromotriz induzida que pode ser calculada pela Lei de Faraday e Lenz. 𝜀𝑚 = − ∆Φ ∆𝑡 Entre os instantes t = 2 s e t = 4 s a força eletromotriz induzida vale: 𝜀𝑚 = − 100 − 0 4 − 2 𝜀𝑚 = − 100 2 𝜀𝑚 = −50 𝑉 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 91 |𝜀𝑚| = 50 𝑉 Logo a afirmativa 1 é correta. Note que entre os instantes t = 2 s e t = 4 s o fluxo magnético aumenta, e entre os instantes t = 8 s e t = 12 s o fluxo magnético diminui. 𝜀𝑚 = − 0 − 100 12 − 8 𝜀𝑚 = − −100 4 𝜀𝑚 = 25 𝑉 Logo, a força eletromotriz apresentará sinais diferentes para cada trecho e a corrente elétrica induzida terá sentidos contrários. Assim, a afirmativa 2 é incorreta. A corrente elétrica induzida para o intervalo t = 8 s e t = 12 s será: 𝑈 = 𝑅𝑖 25 = 5𝑖 𝑖 = 25 5 𝑖 = 5 𝐴 Assim, a afirmativa 3 é incorreta. Já a potência dissipada nesse mesmo intervalo de tempo é dada por: 𝑃 = 𝑖 ⋅ 𝑈 𝑃 = 5 ∙ 25 𝑃 = 125 𝑊 Sendo correta a afirmativa 4. Gabarito: “D” Exemplo: ENEM 2017 Para demonstrar o processo de transformação de energia mecânica em elétrica, um estudante constrói um pequeno gerador utilizando: - Um fio de cobre de diâmetro D enrolado em N espiras circulares de área A; - Dois Imãs que criam no espaço entre eles um campo magnético uniforme de intensidade B; e t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 92 - Um sistema de engrenagens que lhe permite girar as espiras em torno de um eixo com uma frequência f. Ao fazer o gerador funcionar, o estudante obteve uma tensão máxima V e uma corrente de curto-circuito i. Para dobrar o valor da tensão máxima V do gerador mantendo constante o valor da corrente de curto i, o estudante deve dobrar o(a) A) número de espiras. B) frequência de giro. C) intensidade do campo magnético. D) área das espiras. E) à diâmetro do fio. Comentários A tensão elétrica induzida em cada espira do enrolamento é dada pela Lei de Faraday da indução eletromagnética. 𝜀 = ∆φmag ∆𝑡 Para um conjunto de N espiras, fica: 𝜀 = ∆φmag ∆𝑡 ⋅ 𝑁 O fluxo magnético é dado pela seguinte definição: 𝜑 = 𝐴𝑒𝑠𝑝𝑖𝑟𝑎 ⋅ 𝐵 ⋅ cos 𝜃𝐴𝐵 A relação entre a tensão elétrica, resistência elétrica e a intensidade de corrente em um circuito pode ser dada por: 𝜀 = 𝑅 ⋅ 𝑖 A resistência elétrica para um resistor cilíndrico é dada pela seguinte relação: 𝑅 = 𝜌 ⋅ 𝐿 𝐴𝑓𝑖𝑜 Agora, podemos testar alternativapor alternativa para encontrar aquela que duplica a tensão sem modificar a intensidade de corrente que circula no filamento. Ao se duplicar o número de espiras, temos que a tensão induzida também duplica. Ao mesmo tempo, duplicar a tensão tende a duplicar a intensidade de corrente. Porém, podemos compensar este efeito e manter a corrente se duplicarmos a resistência elétrica. Neste caso, t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 93 como o número de espiras também duplicou, então temos o dobro de fio enrolado, ou seja, o enrolamento tem o dobro de comprimento de fio, fazendo com que a resistência também seja duplicada. Portanto, esta é a nossa resposta! Pois, duplicar o número de espiras duplica a tensão ao mesmo tempo que duplica a resistência elétrica, mantendo a mesma corrente elétrica. Duplicar a frequência de giro, bem como duplicar a intensidade do campo magnético ou a área das espiras, acaba por duplicar a variação do fluxo no tempo que duplica a tensão induzida. Porém não modifica a resistência elétrica. Logo, a intensidade de corrente também acaba duplicando. Modificar o diâmetro do fio não modifica a tensão induzida, modificando somente a resistência do filamento. Duplicar o diâmetro faz com que a área de seção do fio fique quatro vezes maior, o que reduz à quarta parte a resistência do filamento que, submetido à mesma tensão, tem sua intensidade de corrente quadruplicada. Gabarito: “A” 4.3. Aplicações Como vimos no início do capítulo, os principais processos de geração de energia elétrica são baseados na indução eletromagnética em geradores, onde ímãs ou eletroímãs se movimentam próximos de fios condutores ou fios condutores se movimentam em relação aos ímãs ou eletroímãs. Em hidrelétricas, a queda da água movimenta uma turbina hidráulica, que movimenta um gerador. Na geração eólica, o vento movimenta uma turbina eólica, que movimenta um gerador. Em termoelétricas, o vapor movimenta uma turbina, que movimenta um gerador. A indução eletromagnética também serve de base para o funcionamento de fornos de indução, que são capazes de aquecer o metal das panelas sem utilizar qualquer chama ou queima. Além disso, temos também os captadores eletromagnéticos utilizados em instrumentos musicais, como em guitarras e contrabaixos. Um fenômeno muito interessante é o da frenagem eletromagnética que ocorre com ímãs em queda no interior de tubos de materiais condutores não ferromagnéticos. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 94 A queda, devido à gravidade, faz o ímã se mover para baixo. Ao mesmo tempo, temos que, conforme o ímã se move, ele induz uma força eletromotriz ao seu redor, de forma que, conforme a Lei de Faraday-Lenz, é maior quanto mais rapidamente ele se mover e resultará em uma força eletromagnética que se opõe ao seu movimento. Ao se mover no interior de um tubo de material condutor não ferromagnético, como de cobre ou alumínio, por exemplo, o movimento do ímã induz correntes elétricas no metal cujos magnetismos se opõem ao movimento do ímã. Assim que ele entra no tubo, em poucos centímetros de queda, o equilíbrio entre as forças Peso, verticalmente para baixo, e Magnética, verticalmente para cima, já se configura, fazendo com que o ímã continue sua queda com velocidade constante até sair do tubo. De forma simplificada, podemos pensar que cada seção do fio funciona como uma espira. cada seção abaixo do ímã tem uma força eletromotriz induzida que gera uma corrente elétrica e, por consequência, faz surgir um campo magnético para o lado do ímã que se opõe à sua aproximação. Ao mesmo tempo, as seções acima do ímã também ficam com correntes induzidas que geram campos magnéticos que se opõem ao afastamento do ímã. Este conjunto de interações acaba resultando em uma força magnética para cima, que tende a frear a queda acelerada do ímã devido à gravidade. Exemplo: UNESP 2012 O freio eletromagnético é um dispositivo no qual interações eletromagnéticas provocam uma redução de velocidade num corpo em movimento, sem a necessidade da atuação de forças de atrito. A experiência descrita a seguir ilustra o funcionamento de um freio eletromagnético. Na figura 1, um ímã cilíndrico desce em movimento acelerado por dentro de um tubo cilíndrico de acrílico, vertical, sujeito apenas à ação da força peso. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 95 Na figura 2, o mesmo ímã desce em movimento uniforme por dentro de um tubo cilíndrico, vertical, de cobre, sujeito à ação da força peso e da força magnética, vertical e para cima, que surge devido à corrente elétrica induzida que circula pelo tubo de cobre, causada pelo movimento do ímã por dentro dele. Nas duas situações, podem ser desconsiderados o atrito entre o ímã e os tubos, e a resistência do ar. Considerando a polaridade do ímã, as linhas de indução magnética criadas por ele e o sentido da corrente elétrica induzida no tubo condutor de cobre abaixo do ímã, quando este desce por dentro do tubo, a alternativa que mostra uma situação coerente com o aparecimento de uma força magnética vertical para cima no ímã é a indicada pela letra A) B) C) D) E) t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 96 Comentários As linhas de indução na parte de fora de qualquer imã devem ter orientação saindo do polo Norte e entrando no polo Sul, como nas alternativas A e E. Imaginando o cilindro como um seguimento de várias espiras fica mais fácil entender o fenômeno. A questão explica que a força magnética é para cima. Isso indica repulsão entre o imã e as “espiras” da parte inferior. Para isso, devem ser induzidas com o polo Sul para cima e0 Norte para baixo conforme a figura abaixo. Sabendo que a orientação das linhas de indução do campo magnético é sempre do polo Norte para o polo Sul por fora e no sentido Sul-Norte, internamente. Podemos aplicar a regra da mão direita e verificar que a corrente deve ter o sentido horário, quando vista de cima. Gabarito: “A” t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 97 Os captadores eletromagnéticos utilizados em instrumentos musicais são compostos por uma bobina condutora e um ímã permanente. Figura 21: Captadores eletromagnéticos de instrumentos musicais são compostos por um ímã permanente e uma bobina. Estes dispositivos são acoplados em guitarras elétricas e em contrabaixos elétricos logo abaixo das cordas, de forma que o ímã permanente induza a corda, que deve ser de material ferromagnético. Figura 22: Captador eletromagnético com cordas ferromagnéticas próximas para a captação. Para realizar a captação do som, copiando o movimento das cordas vibrantes que produzem as notas musicais, é necessário que esta mesma vibração ocorra no captador. Isto ocorre através da indução eletromagnética, de forma que uma variação do fluxo magnético na região da bobina do captador acompanhe o movimento da corda. A variação do fluxo magnético na bobina do captador é causada pelo movimento de aproximação e afastamento de uma parte da corda que, induzida por estar próxima ao ímã permanente do captador, fica com seus domínios magnéticos alinhados, se comportando como um ímã. Assim, quando a corda é tocada, ela se move e varia o magnetismo na região do captador, gerando uma força eletromotriz variável na mesma frequência do seu movimento sonoro. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 98 Figura 23: Corda induzida magneticamente próxima ao captador eletromagnético. As ser tocada, o movimento da corda gera correntes elétricas no filamentoda bobina. Este sinal elétrico que copia o movimento da corda tocada no instrumento é muito fraco. Por isso, se transmite este sinal para um amplificador que, como o nome já diz, aumenta a amplitude do sinal, tornando-o forte o suficiente para movimentar um alto falante e, daí sim, incomodar os vizinhos ou fazer um grande show de rock! Ah, além disso, como o sinal é eletrônico, podemos modificá-lo antes de reproduzir ele, utilizando pedais ou pedaleiras de efeitos como fuzz, distorção, overdrive, chorus, flanger, phaser, vibrato, delay, reverb, looper, oitavador, pitch shifter e harmonizer. Exemplo: 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 de 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. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 99 Comentários Os captadores eletromagnéticos utilizados em instrumentos musicais são compostos por uma bobina condutora e um ímã permanente. Para realizar a captação do som, copiando o movimento das cordas vibrantes que produzem as notas musicais, é necessário que esta mesma vibração ocorra no captador. Isto ocorre através da indução eletromagnética, de forma que uma variação do fluxo magnético na região da bobina do captador acompanhe o movimento da corda. A variação do fluxo magnético na bobina do captador é causada pelo movimento de aproximação e afastamento de uma parte da corda que, induzida por estar próxima ao ímã permanente do captador, fica com seus domínios magnéticos alinhados, se comportando como um ímã. Assim, quando a corda é tocada, ela se move e varia o magnetismo na região do captador, gerando uma força eletromotriz variável na mesma frequência do seu movimento sonoro. Portanto, o captador eletromagnético somente funciona se a corda for de material ferromagnético, tendo seus domínios magnéticos alinhados pela indução do ímã do captador. Como a corda de náilon não é ferromagnética, a magnetização nela é desprezível. Gabarito: “C” 4.4. Transformadores Os transformadores são essenciais para o processo de transmissão e distribuição de energia elétrica. Desde a geração de energia, em usinas hidrelétrica ou termoelétricas, por exemplo, até o consumo nas residências, o valor das tensões elétricas nas linhas de transmissão é modificado em pelo menos, três situações: saída do gerador para a linha de transmissão de super alta tensão (cerca de 135kV); linha de transmissão de super alta tensão para alta tensão (13,8kV); e de alta tensão para baixa tensão (110V ou 220V). A base de funcionamento dos transformadores é a da indução eletromagnética, fazendo com que sejam capazes de converter um valor de tensão elétrica alternada em outro. Estas transformações, nas linhas de transmissão, são necessárias para se reduzir as perdas e possibilitar a transmissão da energia elétrica da usina até as residências. Um transformador convencional é composto por dois enrolamentos e um núcleo ferromagnético. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 100 O primeiro enrolamento é chamado de primário, ou de entrada. O outro enrolamento é chamado de secundário, ou de saída. A transformação da tensão se dá a partir da indução eletromagnética de um enrolamento para o outro, de forma que a tensão variável 𝑉1 no primário causa uma corrente elétrica 𝑖1 também variável na bobina. Essa corrente gera um campo magnético no interior do primeiro solenoide, que tem 𝑁1 espiras. Este campo magnético alinha os domínios magnéticos que acompanham a oscilação da corrente. Este campo magnético variável gerado no circuito primário é transmitido através do núcleo ferromagnético até o interior do circuito secundário. Esse campo magnético variável na região da bobina do circuito secundário induz uma corrente elétrica no filamento, de forma que a tensão elétrica alternada nas extremidades do filamento é proporcional ao número de espiras do enrolamento. Veja que, para que surja tensão induzida no secundário, necessariamente o campo magnético deve ser variável, causado por uma tensão alternada no primário. Portanto, transformadores somente podem transformar valores de tensões alternadas. Se a tensão no primário for contínua, então o campo magnético no núcleo ferromagnético será constante, não induzindo qualquer força eletromotriz no secundário. A razão entre as tensões no secundário e primário é respectivamente igual à razão entre os números de espiras nos respectivos enrolamentos. Assim, podemos escrever a relação básica para transformadores, a partir da qual podemos verificar que a tensão é diretamente ao número de espiras do respectivo enrolamento. 𝑉1 𝑁1 = 𝑉2 𝑁2 Para um transformador ideal, a potência elétrica de entrada no primário tem que ser igual à potência elétrica de saída no secundário, conforme o princípio da conservação de energia. Assim, temos que a tensão em um terminal é inversamente proporcional à respectiva intensidade de corrente no filamento da bobina. 𝑃𝑝𝑟𝑖𝑚á𝑟𝑖𝑜 = 𝑃𝑠𝑒𝑐𝑢𝑛𝑑á𝑟𝑖𝑜 𝑖1 ⋅ 𝑉1 = 𝑖2 ⋅ 𝑉2 Em um transformador real, a potência de saída acaba sendo menor que a potência de entrada, pois existem perdas energéticas no próprio dispositivo. Exemplo: UERJ 2018 A corrente elétrica no enrolamento primário de um transformador corresponde a 10 A, enquanto no enrolamento secundário corresponde a 20 A. Sabendo que o enrolamento primário possui 1200 espiras, o número de espiras do enrolamento secundário é: t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 101 A) 600 B) 1200 C) 2400 D) 3600 Comentários Para que um transformador funcione é necessário haver uma corrente alternada no enrolamento primário de modo que a mudança no sentido desta corrente (e consequente variação no fluxo magnético) induza uma corrente no enrolamento secundário. Em um transformador ideal a potência de entrada no primário deve ser igual à potência de saída no secundário. 𝑃𝑝𝑟𝑖𝑚á𝑟𝑖𝑜 = 𝑃𝑠𝑒𝑐𝑢𝑛𝑑á𝑟𝑖𝑜 𝑖1 ⋅ 𝑉1 = 𝑖2 ⋅ 𝑉2 Já o número de voltas nos enrolamentos é proporcional a diferença de potencial e inversamente proporcional à corrente elétrica. Assim, podemos escrever: Para as informações dadas temos: Gabarito: “C” t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 102 5) RESUMO DA AULA t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 103 Domínios magnéticos são as menores regiões, dentro dos materiais, com iguais orientações magnéticas locais. Quando um ímã se quebra, os pedaços que sobram são, cada um, um pequeno ímã, também, apresentando seus polos magnéticos Norte e Sul conforme a orientação dos seus domínios magnéticos. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUEGOULART 104 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 105 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 106 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 107 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 108 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 109 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 110 6) LISTA DE EXERCÍCIOS 1. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) Sobre ímãs e fenômenos eletromagnéticos, selecione a alternativa INCORRETA. A) Ímãs sempre têm, no mínimo, dois polos magneticamente opostos, chamados de Norte e Sul. B) Ímãs sempre têm, no mínimo, um polo magnético, que pode ser Norte ou Sul. C) Magnetismo variável gera eletricidade, assim como eletricidade variável gera magnetismo. D) Partículas elétricas em movimento geram campos magnéticos assim como ímãs em movimento geram campos elétricos. E) Cada pedaço que se quebra de um ímã e um pequeno ímã. 2. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) Uma pequena esfera de ferro, inicialmente desmagnetizada, é atritada com um tecido feito de algodão e, ao ser aproximada ao polo norte magnético de um ímã permanente, sofre uma força de atração. Logo depois, retira-se a esfera da face norte do ímã e, ao ser aproximada ao polo sul magnético deste mesmo ímã, pode-se afirmar que a) a esfera será repelida pelo ímã, pois tem carga elétrica de mesmo tipo que a do polo sul. b) a esfera será atraída pelo ímã, pois sua carga magnética é oposta à do polo sul. c) a esfera será atraída pelo ímã, pois ficará induzida magneticamente. d) a esfera será repelida pelo ímã, pois ficará induzida eletricamente pelo polo sul. 3. (2021/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) “Um par de proteínas, através da ligação em conjunto, seria capaz de encontrar a direção do campo magnético, tal como o faria a agulha de uma bússola, de acordo com um estudo publicado nesta segunda-feira na revista Nature Materials. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 111 Pela primeira vez uma bússola biológica capaz de detectar o campo magnético foi identificada, anunciou à AFP o biofísico Can Xie da Universidade de Pequim e coautor do estudo. Os cientistas concordam há vários anos sobre o fato de que muitos animais - incluindo aves migratórias, pombos, atum ou baleias - podem detectar o campo magnético e, assim, encontrar o seu caminho, especialmente durante a migração.” Fonte: Zero Hora. Disponível em: https://gauchazh.clicrbs.com.br/geral/noticia/2015/11/par-de-proteinas-pode-ser- bussola-de-certos-animais-4904650.html. Acesso em: 11/04/2021. “Os cientistas já sabiam que os pássaros conseguem perceber o campo magnético da Terra, o que os ajuda a fazer longos voos migratórios. Também já suspeitavam que este sentido, que se assemelha ao de uma bússola, estivesse associado à visão, já que as aves não conseguem detectar campos magnéticos na escuridão. Agora, uma pesquisa da Universidade de Oxford, na Inglaterra, e da Universidade Nacional de Cingapura mostrou que os pássaros podem literalmente enxergar os efeitos da força magnética. Sob a influência do campo magnético, uma molécula especial presente nos olhos do pássaro responde à incidência da luz de tal forma a reforçar cores e brilhos em determinados pontos do campo de visão. Segundo o estudo, o resultado aproxima-se ao de um visor, como os instrumentos de uma aeronave, com marcações próprias para balizar a navegação.” Fonte: Veja. Disponível em: https://veja.abril.com.br/ciencia/passaros-tem-visor-de- campo-magnetico-diz-estudo/. Acesso em: 12/04/2021. Algumas aves possuem uma bússola biológica que as auxilia na orientação do campo magnético terrestre e que, em determinada época do ano, migram para outro hemisfério da Terra. Considere que a bússola biológica seja idêntica a uma bússola comum. Dessa forma, para conseguir se orientar e saber qual a direção de seu voo, uma agulha imantada teria seu polo Norte apontando para a) O Norte magnético Terrestre, que se encontra no Sul geográfico. b) O Norte magnético Terrestre, que se encontra próximo Norte geográfico. c) O Sul magnético Terrestre, que se encontra próximo ao Sul geográfico. d) O Sul magnético Terrestre, que se encontra no Norte geográfico. e) O Sul magnético Terrestre, que se encontra próximo ao Norte geográfico. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 112 4. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) Um ímã em barra foi magnetizado conforme apresentado na figura abaixo. Foram colocadas bússolas ao seu redor. A única bússola que indica a correta orientação da linha de indução magnética em sua posição é a A) 1 B) 2 C) 3 D) 4 E) 5 5. (2021/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) O esquema a seguir representa um condutor retilíneo percorrido por uma corrente de 4A e uma espira circular de raio 𝑹 = 𝝅 𝟑 𝒎 percorrida por uma corrente de 2A. O fio e a espira estão no mesmo plano. Para que o Campo elétrico resultante seja nulo no centro da espira, a distância d, em metros, que o condutor deve estar do centro da espira deve ser: A) 3/2 B) 1/2 C) 1/3 D) 2/3 E) 4/3 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 113 6. (2021/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) Duas espiras circulares, concêntricas e coplanares têm raios 𝑹𝟏e 𝑹𝟐, sendo 𝑹𝟏 = 𝟑 𝟐 ∙ 𝑹𝟐. Ambas são percorridas por correntes 𝒊𝟏e 𝒊𝟐, respectivamente Considerando o campo magnético resultante no interior da espira sendo nulo, a corrente 𝒊𝟏 é igual a A) 𝒊𝟐 B) 𝟐 𝟑 𝒊𝟐 C) 𝟑 𝟐 𝒊𝟐 D) 𝟓 𝟐 𝒊𝟐 E) 𝟐 𝟓 𝒊𝟐 7. (ESTRATEGIA VESTIBULARES 2020 - Prof. Henrique Goulart) Um fio cilíndrico de cobre, cuja resistividade vale 1,7.10-8Ωm, com 2mm de diâmetro e de 4m de comprimento, está submetido a uma fonte de tensão que oferece uma diferença de potencial em suas extremidades igual a 1,5V. Um segmento de 0,1m desse fio passa por uma região onde existe um Campo Magnético uniforme de intensidade igual a 5T, perpendicularmente ao fio. A Força Magnética sobre o fio vale aproximadamente ___________ newtons, __________________à direção do fio e __________________ à direção da Indução Magnética da região. Selecione a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado acima na ordem em que aparecem. A) 70 – paralelamente – paralelamente. B) 70 – perpendicularmente – paralelamente. C) 35 – perpendicularmente – perpendicularmente. D) 35 – paralelamente – perpendicularmente. E) 25 – perpendicularmente – paralelamente. 8. (2021/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) Motores elétricos são utilizados em larga escala atualmente, sejam em motores de automóveis, liquidificadores ou até mesmo em brinquedos. Tais motores funcionam por meio da força magnética atuante sobre as cargas elétricas em movimento em um condutor quando esta é imersa em um campo magnético. Assim, quando temos um ímã próximo de fios em que passa uma corrente elétrica, esses fios sofrem uma força que os coloca em movimento. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 114 Se enrolarmos um fio formando uma bobina e fizermos passar uma corrente elétrica por ele, aproximando um ímã haverá uma força magnética que movimentará ou o ímã ou a bobina (dependendo de qual dos dois estiver livre). No caso dos motores elétricos,a bobina é livre para girar conforme mostra a figura. Dessa forma convertemos energia elétrica (relacionada com a passagem de corrente elétrica pela bobina) em energia mecânica (relacionada com o movimento da bobina). Com base nas informações contidas no texto, o trecho AB da espira presente na figura experimentará uma força em que direção e sentido? A) Para baixo. B) Para cima. C) Para dentro da página. D) Para fora da página. E) Para esquerda. 9. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) Dois fios longos e retilíneos, A e B, de comprimento L, estão dispostos paralelamente sobre um plano horizontal, afastados por uma distância d e percorridos por correntes elétricas constantes e em sentidos opostos, de intensidades iA e iB, conforme a figura abaixo: t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 115 A constante de permeabilidade do meio vale μ. Os fios estão se ____________________ com uma força que é diretamente proporcional _________________ e inversamente proporcional __________________. Além disso, a indução magnética no ponto médio entre os fios vale _________________ e aponta __________________ do plano da página. Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado acima, na ordem em que aparecem. A) atraindo – ao produto das intensidades de corrente – à distância entre eles – 𝝁⋅𝒊𝑨⋅𝒊𝑩 𝝅⋅𝒅 – perpendicularmente para dentro. B) repelindo – à distância entre eles– ao produto das intensidades de corrente – 𝝁 𝝅⋅𝒅 (𝒊𝑨 + 𝒊𝑩) – perpendicularmente para dentro. C) atraindo – à distância entre eles– ao produto das intensidades de corrente – 𝝁⋅𝒊𝑨⋅𝒊𝑩 𝝅⋅𝒅 – perpendicularmente para fora. D) repelindo – ao produto das intensidades de corrente – à distância entre eles – 𝝁 𝝅⋅𝒅 (𝒊𝑨 + 𝒊𝑩) – perpendicularmente para dentro. E) atraindo – ao produto das intensidades de corrente – à distância entre eles – 𝝁⋅𝒊𝑨⋅𝒊𝑩 𝝅⋅𝒅 – paralelamente para a direita. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 116 10. (2021/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) Um fio condutor de 1 m de comprimento, imerso em um campo magnético de magnitude 𝟑 𝑻 perpendicular à direção do fio, está disposto como mostrado na Figura 1. Ao ser percorrido por corrente elétrica de 200mA no sentido de A para B, o fio fica submetido a uma força magnética conforme apresentado na Figura 2. De acordo com o observado, é correto afirmar que o módulo da força exercida sobre o fio vale __________________ e o vetor campo magnético é _________________________. A) 0,6 N - perpendicular e para fora do plano da página. B) 0,6 N - perpendicular e para dentro do plano da página. C) 0,6 N - paralelo ao plano da página e no mesmo sentido da força. D) 600,0 N - perpendicular e para fora do plano da página. E) 600,0 N - perpendicular e para dentro do plano da página. 11. (2021/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) No Eletromagnetismo, estudamos características e fenômenos importantes relacionados a ímãs, bússolas, partículas eletricamente carregadas em movimento e as consequências disso. Com relação ao Eletromagnetismo, identifique como verdadeiras (V) ou falsas (F) as seguintes afirmativas: ( ) Quando há variação no fluxo magnético em uma espira metálica há a indução de uma corrente elétrica. ( ) Ao cortar um ímã em barra ao meio é possível separar e isolar um polo Norte do polo Sul. ( ) Bússolas se orientam de acordo com o sentido da indução magnética do local onde estão inseridas. ( ) Quando uma partícula eletricamente carregada penetra em um campo magnético com velocidade paralela à direção das linhas de indução, ela fica sujeita a uma força magnética não nula. Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta, de cima para baixo A) V - F - V - F. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 117 B) F - V - F - V. C) V - F - V - V. D) V - F - F - V. E) F - F - V - F. 12. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) Uma partícula eletricamente carregada com carga q, com massa desprezível, entra com velocidade v numa região onde coexistem um campo elétrico E e um campo magnético B estáticos e uniformes. A correta equação que possibilita o cálculo da força eletromagnética F na qual a partícula será submetida está melhor representada na alternativa A) 𝑭 = 𝒎 ⋅ 𝒈 B) 𝑭 = 𝒒 ⋅ 𝑬 C) 𝑭 = 𝒒 ⋅ 𝑩 ⋅ 𝒗 D) 𝑭 = 𝒒 ⋅ (𝑬 + 𝑩 ⋅ 𝒗) E) 𝑭 = 𝒒 ⋅ (𝑬 + 𝑩 ⋅ 𝒗 ⋅ 𝒔𝒆𝒏𝜽) 13. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) Quando partículas eletricamente carregadas se movem no interior de campos magnéticos, elas podem ficar submetidas a forças que as fazem desviar de suas trajetórias originais. Sobre estas forças e respectivas trajetórias de partículas eletricamente carregadas, em movimento, no interior de campos magnéticos, podemos afirmar que, A) entrar paralelamente às linhas de um campo magnético, seu movimento será circular uniforme. B) entrar perpendicularmente às linhas de um campo magnético, seu movimento será retilíneo uniforme. C) entrar paralelamente às linhas de um campo magnético, seu movimento será helicoidal, composto por uma combinação de um movimento circular uniforme e de um movimento retilíneo uniforme. D) entrar perpendicularmente às linhas de um campo magnético, seu movimento será helicoidal, composto por uma combinação de um movimento circular uniforme e de um movimento retilíneo uniforme. E) entrar obliquamente às linhas de um campo magnético, seu movimento será helicoidal, composto por uma combinação de um movimento circular uniforme e de um movimento retilíneo uniforme. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 118 14. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/ Prof. Henrique Goulart) Um feixe de partículas entra em um compartimento de um acelerador onde existe um campo magnetostático. Este feixe é composto por partículas com diferentes massas e dotadas de diferentes cargas elétricas. As trajetórias estão apresentadas na figura abaixo. Seleciona a alternativa correta. a) Partículas positivamente carregadas foram desviadas para as trajetórias indicadas pelo número 1. b) Partículas positivamente carregadas foram desviadas para as trajetórias indicadas pelo número 2. c) Partículas positivamente carregadas foram desviadas para as trajetórias indicadas pelo número 3. d) Partículas negativamente carregadas foram desviadas para as trajetórias indicadas pelo número 2. e) Partículas negativamente carregadas foram desviadas para as trajetórias indicadas pelo número 3. 15. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) Uma partícula de massa m e eletricamente carregada com carga q, entra com velocidade v em um campo elétrico de intensidade E. A aceleração impressa sobre a partícula devido, exclusivamente, à ação desse campo elétrico vale A) 𝑬 𝒎 B) 𝑬⋅𝒒 𝒎 C) 𝒎 𝑬⋅𝒒 D) 𝒒 𝒎⋅𝑬 E) 𝒒 𝒎 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 119 16. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) Uma partícula de massa m e carga q, está em movimento periódico no interior de uma região onde existe um campo magnético B uniforme. A figura abaixo apresenta a trajetória circular realizada pela partícula, assim como o vetor velocidade e as linhas de indução do campo magnético. O período T desse movimento vale A) 𝒎⋅𝝅 𝑩⋅𝒒 B) 𝒎⋅𝟐⋅𝑹 𝑩⋅𝒒 C) 𝒎⋅𝟐⋅𝝅 𝑩⋅𝒒 D) 𝒎⋅𝟒⋅𝝅𝟐⋅𝑹 𝑩⋅𝒒 E) 𝒎⋅𝟐⋅𝝅𝟐 𝑹⋅𝑩⋅𝒒 17. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) Uma partícula positivamente carregadaé lançada obliquamente em relação à superfície da Terra. Ao atingir o ponto de altura máxima, ela fica sujeita a ação de um campo magnético que a faz seguir uma trajetória retilínea horizontal com velocidade constante, a partir de então. Despreze qualquer efeito que possa ser causado pelo ar. É correto se afirmar que A) esse campo magnético é perpendicular ao solo e paralelo à velocidade da partícula no ponto mais alto da trajetória. B) esse campo magnético é perpendicular ao solo e perpendicular à velocidade da partícula no ponto mais alto da trajetória. C) esse campo magnético é paralelo ao solo e perpendicular à velocidade da partícula no ponto mais alto da trajetória. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 120 D) esse campo magnético é paralelo ao solo e paralelo à velocidade da partícula no ponto mais alto da trajetória. E) esse campo magnético é oblíquo ao solo e perpendicular à velocidade da partícula no ponto mais alto da trajetória. 18. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/ Prof. Henrique Goulart) Uma partícula com carga elétrica +Q se move com velocidade V no interior de um campo magnético B, conforme apresentado na figura abaixo. Pode-se afirmar que a) a partícula está sujeita a uma força magnética para o pé da página. b) a partícula está sujeita a uma força magnética para dentro da página. c) a partícula está sujeita a uma força magnética para o alto da página. d) a partícula está sujeita a uma força magnética para fora da página. e) a partícula não está sujeita a qualquer força. 19. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) Três partículas eletricamente carregadas, 1, 2 e 3, afastadas entre si, entram numa região onde existe um campo magnético estático e uniforme. A partícula 1 entra na região perpendicularmente às linhas de indução, a partícula 2 entra paralelamente às linhas de campo, enquanto a partícula 3 entra obliquamente em relação às linhas de campo. Ao se considerar somente as interações eletromagnéticas sobre estas partículas, somente é correto afirmar que A) A partícula 2 terá um Movimento Circular Uniforme, a partícula 1 terá um Movimento Retilíneo Uniforme, e a partícula 3 terá um movimento com trajetória helicoidal. B) A partícula 3 terá um Movimento Circular Uniforme, a partícula 2 terá um Movimento Retilíneo Uniforme, e a partícula 1 terá um movimento com trajetória helicoidal. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 121 C) A partícula 3 terá um Movimento Circular Uniforme, a partícula 1 terá um Movimento Retilíneo Uniforme, e a partícula 2 terá um movimento com trajetória helicoidal. D) A partícula 1 terá um Movimento Circular Uniforme, a partícula 2 terá um Movimento Retilíneo Uniforme, e a partícula 3 terá um movimento com trajetória helicoidal. E) A partícula 1 terá um Movimento Circular Uniforme, a partícula 3 terá um Movimento Retilíneo Uniforme, e a partícula 2 terá um movimento com trajetória helicoidal. 20. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) Uma partícula eletricamente carregada com carga igual a q, de massa desprezível, é abandonada, em repouso, em uma região do espaço onde coexistem um campo magnetostático B e um campo eletrostático E paralelos. A resultante das forças Fr sobre esta partícula vale A) Fr = 0 N B) Fr = E.q C) Fr = E.q + B.v.q D) Fr = E.q - B.v.q E) Fr = B.v.q.sen(θ) 21. (2021/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) De acordo com seus conhecimentos sobre prótons, elétrons e eletromagnetismo, preencha as lacunas. Duas partículas eletricamente carregadas, um próton e um elétron, adentram com velocidade v em uma região banhada por um Campo Magnético B. O Campo magnético tem sentido perpendicular à página e para fora, enquanto que a velocidade de ambas as partículas é paralela e para o alto da página. O elétron sofre a ação de uma força magnética para a ______________ da página, o próton sofre uma deflexão para a ________________ da página e o _________________ apresenta um raio de trajetória maior que o da outra partícula. A) direita - esquerda - próton B) esquerda - direita - elétron C) esquerda - direita - próton D) direita - esquerda - elétron E) esquerda - esquerda - elétron t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 122 22. (2021/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) Leia as afirmativas abaixo: I. Quando uma partícula eletricamente carregada entra num campo magnético numa direção perpendicular a ele, a força magnética exercida sobre ela é perpendicular à velocidade e ao campo, resultando em um movimento circular uniforme. II. Quando uma partícula eletricamente carregada entra num campo magnético paralelamente a ele, a força magnética é nula. III. Quando uma partícula eletricamente carregada entra num campo magnético com um ângulo diferente de 0°, 90° e 180°, ela sofre ação de uma força magnética que resulta em uma trajetória helicoidal. Quais estão corretas? A) I. B) I e II. C) II e III. D) I, II e III. E) Todas são incorretas. 23. (2021/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) Uma partícula eletricamente carregada de carga q e massa m adentra perpendicularmente em um campo magnético B com uma velocidade V sofrendo a ação de uma Força Magnética e, consequentemente, realizando um movimento circular uniforme. Desprezando ações de campos elétricos e gravitacionais, a relação que pode ser utilizada para determinar o período do movimento dessa partícula é A) 𝑻 = 𝒒⋅𝑩 𝟒⋅𝝅⋅𝒎 . B) 𝑻 = 𝟒⋅𝝅⋅𝒎 𝒒⋅𝑩 . C) 𝑻 = 𝒒⋅𝐁 𝟐⋅𝝅⋅𝒎 . D) 𝑻 = 𝒎⋅𝒒⋅𝐁 𝟐⋅𝝅 . E) 𝑻 = 𝟐⋅𝝅⋅𝒎 𝒒⋅𝑩 . t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 123 24. (2021/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) A figura ilustra a trajetória de quatro partículas lançadas em um campo magnético B com velocidade inicial 𝒗𝟎. As partículas são: próton, elétron, nêutron e dêuteron (núcleo de deutério constituído por um próton e um nêutron). As trajetórias correspondentes a cada partícula são A) I - próton, II- dêuteron, III- elétron, IV - nêutron. B) I - próton, II- nêutron, III- dêuteron, IV - elétron. C) I - elétron, II- dêuteron, III- próton, IV - nêutron. D) I - elétron, II- dêuteron, III- nêutron, IV - próton. E) I - próton, II- dêuteron, III- nêutron, IV - elétron. 25. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) A maioria dos dispositivos que geram energia elétrica funcionam baseados na Lei de Faraday-Neumann-Lenz, que diz que uma ______________________ é gerada pela variação do ________________ numa região. Escolha a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado acima, na ordem que aparecem. a) Força Eletromotriz Induzida – Fluxo Magnético. b) Força Eletromotriz Induzida – Fluxo Elétrico. c) Força Magnetomotriz Induzida – Fluxo Energético. d) Força Magnetomotriz Induzida – Fluxo Eletromagnético. e) Força Motriz Induzida – Fluxo Magnético. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 124 26. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/ Prof. Henrique Goulart) Grande parte dos processos de geração de Energia Elétrica tem como finalidade movimentar ímãs ou eletroímãs próximos de fios metálicos que compõem o equipamento chamado de Gerador. Sobre esse processo, assinale a alternativa correta. A) A eletricidade variável gera magnetismo nos ímãs, conforme a Lei de Coulomb. Este processo faz surgir energia nos fios. B) A variação do Fluxo Elétrico na região dos ímãs induz eletricidade nos fios. Este processo transforma Energia Mecânica em Energia Elétrica devido a uma Força Eletromagnética. C) O Gerador produz Energia Elétrica a partir do vácuoquântico, transferindo Energia Magnética dos ímãs para os fios a partir da variação do Fluxo Eletromagnético. D) A variação do Fluxo Magnético na região dos fios metálicos ocorre devido ao movimento dos ímãs, induzindo uma Força Eletromotriz. Este processo transforma Energia Mecânica em Energia Elétrica. E) A variação do Fluxo Elétrico na região dos fios metálicos ocorre devido ao movimento dos ímãs, induzindo uma Força Eletromotriz. Este processo transforma Energia Elétrica em Energia Mecânica. 27. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) Quando um ímã se move em relação a uma bobina metálica fixa, sofre uma força, de origem eletromagnética, que se opõe ao seu movimento. Sobre esse fenômeno, é correto afirmar que A) devido à Lei de Ampére, o movimento do ímã sofre resistência, transformando Energia Mecânica em Energia Elétrica a partir de um Trabalho conservativo realizado pela força eletromagnética. B) devido à Lei de Joule, o movimento do ímã sofre resistência, transformando Energia Mecânica em Energia Magnética partir de um Trabalho não conservativo realizado pela força eletromagnética. C) devido à Lei de Coulomb, o movimento do ímã sofre resistência, transformando Energia Elétrica em Energia Mecânica a partir de um Trabalho não conservativo realizado pela força eletromagnética. D) devido à Lei de Faraday, o movimento do ímã sofre resistência, transformando Energia Mecânica em Energia Elétrica a partir de um Trabalho conservativo realizado pela força eletromagnética. E) devido à Lei de Lenz, o movimento do ímã sofre resistência, transformando Energia Mecânica em Energia Elétrica a partir de um Trabalho não conservativo realizado pela força eletromagnética. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 125 28. (2021/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/ Prof. Henrique Goulart) Dínamos são máquinas elétricas que convertem energia mecânica em energia elétrica ao movimentar fios condutores próximos de ímãs ou eletroímãs. Eles são utilizados em geradores residenciais e industriais, além de terem importante aplicação na geração de energia elétrica para alimentar os componentes eletrônicos em veículos automotores. Seu princípio de funcionamento se baseia na A) Lei da Indução Eletromagnética de Faraday e Lenz. B) Lei de Newton da Indução Magnética, conforme a Ação e Reação. C) Lei de Coulomb do Eletromagnetismo, devido ao movimento de cargas elétricas. D) Lei de Arquimedes da Força Eletromagnética do Empuxo. E) Lei de Planck da Mecânica Quântica. 29. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) O fluxo magnético em um anel metálico de resistência igual a 2Ω varia a uma taxa de 6Wb/s. O valor da Indução magnética no local vale 90T. A intensidade de corrente elétrica induzida no anel vale A) 3A B) 6A C) 18A D) 12A E) 9A 30. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) Quando um ímã se movimenta em relação a uma espira metálica, surge corrente elétrica no filamento dessa espira. Quanto maior a velocidade relativa entre o ímã e a espira, mais intensa é a corrente elétrica que surge nessa mesma espira, conforme a a) Lei de Newton. b) Lei de Lorentz. c) Lei de Ampere. d) Lei de Pascal. e) Lei de Faraday. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 126 31. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) Métodos de Gerar Eletricidade “As turbinas girando unidas aos geradores elétricos produzem a eletricidade. As turbinas podem ser movidas usando o vapor, a água, o vento ou outros líquidos como um portador de energia intermediário. As fontes de energia mais comuns são as térmicas, combustíveis fosseis, reatores nucleares, para a geração de vapor, e da energia potencial gravitacional das barragens das usinas hidroelétricas. As pilhas produzem a eletricidade pelas reações de óxido-redução com uma variedade de produtos químicos.” https://pt.wikipedia.org/wiki/Gera%C3%A7%C3%A3o_de_eletricidade O princípio da Física que está na base da geração de energia nos geradores elétricos é a a) Lei de Coulomb. b) Lei de Newton. c) Lei de Faraday. d) Lei de Arquimedes. e) Lei de Ohm. 32. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) O fluxo magnético na região de um anel condutor assumiu valores que foram registrados no gráfico abaixo. A partir dos dados contidos no gráfico, selecione a alternativa correta. a) O anel foi percorrido por uma corrente contínua entre os instantes 0s e 4s. b) O anel ficou submetido a uma força eletromotriz induzida entre os instantes 4s e 24s. c) O anel foi percorrido por uma corrente contínua entre os instantes 4s e 24s. d) O anel ficou submetido a uma força eletromotriz máxima no instante igual a 20s. e) O anel ficou submetida a uma força eletromotriz mínima no instante igual a 12s. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 127 33. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) O fluxo magnético em uma espira metálica varia conforme apresentado no gráfico abaixo. Do instante 0min até 1min, a força eletromotriz induzida na espira teve intensidade de _____________ . Do instante 1min até 2min, a força eletromotriz na espira teve intensidade de _____________ . E, do instante 2min até 3min, a força eletromotriz na espira teve intensidade igual a_______________ . Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado acima na ordem em que aparecem. A) 3V – 0V – 3V. B) 0V – 3V – 0V. C) 180V – 0V – 180V. D) 0V – 180V – 0V. E) 90V – 180V – 90V. 34. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) O gráfico abaixo apresenta o Fluxo Magnético na região de uma espira circular submetida a um campo magnético com o passar do tempo. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 128 A partir do gráfico, pode-se afirmar que surgiu uma Força Eletromotriz Induzida entre os instantes a) 2s e 3s. b) 0s e 1s; 1s e 2s; 3s e 4s. c) 0s e 1s; 1s e 2s. d) 3s e 4s. 35. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) O circuito abaixo está fixo numa região onde existe um Campo Magnético Uniforme B, perpendicular à página e para fora dela. O circuito consiste de uma fonte ideal de força eletromotriz de 3V, um amperímetro ideal e um resistor de 2Ω. Os fios possuem resistência desprezível. O Campo Magnético B está aumentando sua intensidade à taxa de 4Wb/s. Assinale a alternativa correta. a) O amperímetro apresenta uma leitura de 0,5A e a Corrente Elétrica ocorre no sentido horário. b) O amperímetro apresenta uma leitura de 1,5A e a Corrente Elétrica ocorre no sentido anti-horário. c) O amperímetro apresenta uma leitura de 3,5A e a Corrente Elétrica ocorre no sentido anti-horário. d) A Corrente Elétrica será nula. 36. (2021/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) Campainhas elétricas são dispositivos que convertem energia elétrica em pulsos sonoros. Em seu interior, as campainhas são formadas de um circuito elétrico inicialmente aberto ligado a um eletroímã. Ao pressionar o botão da campainha, o circuito elétrico é fechado, fazendo percorrer uma corrente elétrica pelo eletroímã. Tal ação gera um campo magnético atraindo um badalo (peça metálica pendente no interior t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 129 de sinos, campainhas, etc.) que colide em um gongo e, com o auxílio de uma mola, fica oscilando e emitindo som. Quando se solta o botão, o circuito é aberto e o badalo volta a sua posição inicial. O enunciado que explica o porquê de um eletroímã se comportar como um ímã é o da Lei de A) Ampère. B) Ohm. C) Faraday-Lenz. D) Newton. E) Coulomb. 37. (2021/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof.Henrique Goulart) Quase 70% da Energia Elétrica produzida e distribuída pelo Brasil é proveniente de usinas hidrelétricas. A fim de construir um projeto de uma nova usina hidrelétrica que possua os mesmos equipamentos que a de Itaipu, mas com uma corrente elétrica induzida maior em suas bobinas, qual das medidas abaixo deve ser realizada no novo projeto? A) Substituir os ímãs do gerador por ímãs mais fracos. B) Diminuir a área interna das bobinas do gerador expostas ao campo magnético aplicado sobre elas. C) Aumentar a resistência interna do condutor que constitui as bobinas. D) Diminuir a vazão de água em queda na barragem. E) Aumentar a altura da queda d'água. 38. (2021/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) "O motor de corrente alternada é muito comum em processos e equipamentos industriais. É um motor mais econômico, tem fácil manutenção e ainda atende à maioria das indústrias, visto que a corrente elétrica mais comum é a alternada. O motor de corrente alternada funciona a partir da variação cíclica da corrente elétrica em relação à intensidade e direção, ao contrário do que acontece com a corrente contínua. A corrente elétrica em forma de corrente alternada foi testada pela primeira vez ao ligar duas cidades do estado de Nova York por uma rede de transmissão, que aliás funcionou de forma muito eficiente e, desde então, tem sido usada para transmitir a energia elétrica das companhias elétricas para as indústrias, casas e comércios." Fonte: https://www.eletrovalmotores.com.br/motor-corrente-alternada Um aparelho elétrico que possui um motor de corrente alternada gera uma tensão V máxima e uma corrente elétrica de curto-circuito i. Neste motor, há um par de ímãs permanentes que geram um campo magnético B ao girarem em volta de um fio metálico t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 130 de diâmetro D enrolado formando uma bobina de N espiras que possui uma área A. Para quadruplicar o valor de i, mantendo a tensão constante, deve-se A) quadruplicar a área das espiras. B) quadruplicar a intensidade do campo magnético dos ímãs. C) duplicar o diâmetro D do filamento. D) diminuir pela metade a frequência de giro dos ímãs. E) diminuir quatro vezes o número de espiras. 39. (2021/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) Em relação ao fenômeno de indução eletromagnética, onde o surgimento de correntes elétricas depende da variação de um fluxo magnético, assinale a alternativa correta. A) A corrente elétrica induzida é inversamente proporcional à variação do fluxo magnético. B) Uma força eletromotriz induzida por um fluxo magnético variável será maior se a mesma variação de fluxo ocorrer em um menor intervalo de tempo. C) O fluxo magnético através de uma espira induz o surgimento de uma corrente elétrica que é diretamente proporcional à área da espira. B) Uma força eletromotriz induzida por um fluxo magnético variável será maior se a mesma variação de fluxo ocorrer em um maior intervalo de tempo. E) Ao aproximar ou afastar um imã de um corpo, induzimos o surgimento de uma corrente elétrica. 40. (2021/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) “Apesar da sua praticidade e inovação, carregadores sem fio de celular já tiveram sua eficiência colocada em xeque. Agora, um estudo afirma que seu uso massivo seria capaz de gerar uma crise de energia global. Essa constatação é de um levantamento da publicação OneZero e da IFixit, empresa especializada em informações sobre reparos de eletrônicos. O motivo para esse risco está na ineficiência desse tipo de carregador: segundo o teste das duas empresas, um carregador sem fio gasta 47% mais energia do que um com fio, para carregar a bateria de um smartphone do zero até 100%.” Adaptado. Fonte: https://www.uol.com.br/tilt/noticias/redacao/2020/09/19/se-todo- mundo-usar-carregadores-sem-fio-vamos-causar-uma-crise-energetica.htm Os fogões por indução e os carregadores sem fio de celular funcionam da mesma maneira. Ambos não precisam se conectar diretamente, bastando aproximar a panela ao fogão ou o aparelho celular ao carregador que exercerão sua função: aquecer e carregar. O princípio por trás disso é simples e é regido pela Lei de Faraday-Lenz. Portanto, pode-se dizer que t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 131 A) o carregador envia cargas magnéticas para o celular devido a ação da força magnética atuante sobre elas. B) o campo magnético produzido pelo carregador do celular gera uma diferença de potencial na bateria do celular. C) o campo elétrico produzido pelo carregador de celular induz uma força eletromotriz e uma corrente elétrica no circuito do celular. D) uma corrente contínua percorre o carregador do celular induzindo a mesma corrente elétrica no sentido contrário no celular. E) o carregador de celular gera um campo magnético variável que induz uma força eletromotriz e uma corrente elétrica no circuito do celular. 41. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) Um pequeno ímã, abandonado, cai no interior de um tubo de material condutor não ferromagnético, posicionado verticalmente. Observa-se que, em poucos instantes, ele atinge a velocidade terminal de queda, seguindo, portanto, com velocidade constante até se aproximar da saída do cano. A figura apresenta o instante em que um ímã atinge a velocidade terminal (da ordem de poucos milímetros por segundo) durante sua queda no interior de um tubo de cobre. Qual das alternativas abaixo apresenta corretamente os vetores das forças relevantes exercidas sobre o ímã neste instante? t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 132 a) b) c) d) e) 42. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) Um transformador é um dispositivo eletrônico capaz de modificar os níveis de tensão elétrica entre dois terminais: o primário, de entrada, e o secundário, de saída. Sobre esses dispositivos, é correto afirmar que A) Um transformador ideal tem a potência demandada no primário igual à do secundário, onde um aumento da corrente no secundário demanda um consequente aumento da corrente no primário. Já um transformador real tem sua potência de saída menor que a potência de entrada, não violando o Princípio de Conservação de Energia. B) Um transformador ideal tem a potência demandada no primário maior que a do secundário, pois o secundário tem maior quantidade de espiras. A razão entre as potências no secundário e no primário é respectivamente igual à razão entre os números de espiras nos enrolamentos. C) Um transformador ideal tem a potência demandada no primário maior que a do secundário, proporcional ao número de espira, onde um aumento da corrente no secundário demanda uma consequente redução da corrente no primário. Já um transformador real tem sua potência de saída menor que a potência de entrada, não respeitando o Princípio de Conservação de Energia. D) Um transformador ideal tem a corrente demandada no primário maior que a do secundário, pois o secundário tem maior quantidade de espiras. A razão entre as potências no secundário e no primário é respectivamente igual à razão inversa entre os números de espiras nos enrolamentos. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 133 E) Um transformador ideal tem a potência demandada no primário menor que a do secundário, onde um aumento da corrente no secundário demanda uma consequente redução da corrente no primário. Já um transformador real tem sua potência de saída menor que a potência de entrada, respeitando o Princípio de Conservação de Energia.t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 134 Gabarito 1) B 2) C 3) E 4) D 5) D 6) C 7) C 8) B 9) D 10) A 11) A 12) E 13) E 14) B 15) B 16) C 17) C 18) C 19) D 20) B 21) C 22) D 23) E 24) E 25) A 26) D 27) E 28) A 29) A 30) E 31) C 32) B 33) A 34) B 35) A 36) A 37) E 38) C 39) B 40) E 41) B 42) A t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 135 7) LISTA DE EXERCÍCIOS RESOLVIDA E COMENTADA 1. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) Sobre ímãs e fenômenos eletromagnéticos, selecione a alternativa INCORRETA. A) Ímãs sempre têm, no mínimo, dois polos magneticamente opostos, chamados de Norte e Sul. B) Ímãs sempre têm, no mínimo, um polo magnético, que pode ser Norte ou Sul. C) Magnetismo variável gera eletricidade, assim como eletricidade variável gera magnetismo. D) Partículas elétricas em movimento geram campos magnéticos assim como ímãs em movimento geram campos elétricos. E) Cada pedaço que se quebra de um ímã e um pequeno ímã. Comentários A) CORRETA. Todos os ímãs têm, pelo menos, um par de regiões magneticamente opostas, chamadas de polos Norte e Sul. B) INCORRETA. Ímãs sempre têm, no mínimo, dois polos magnéticos, conforme explicado na alternativa A. C) CORRETA. Eletricidade e Magnetismo são fenômenos de mesma natureza, onde a variação de um gera o outro, conforme as Lei de Maxwell. D) CORRETA. Partículas eletricamente carregadas em movimento geram campos magnéticos, conforme a Lei de Biot-Savart. E) CORRETA. Todo fragmento de ímã é um pequeno ímã, pois seus tem seus domínios magnéticos alinhados. Gabarito: “B” 2. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) Uma pequena esfera de ferro, inicialmente desmagnetizada, é atritada com um tecido feito de algodão e, ao ser aproximada ao polo norte magnético de um ímã permanente, sofre uma força de atração. Logo depois, retira-se a esfera da face norte do ímã e, ao ser aproximada ao polo sul magnético deste mesmo ímã, pode-se afirmar que a) a esfera será repelida pelo ímã, pois tem carga elétrica de mesmo tipo que a do polo sul. b) a esfera será atraída pelo ímã, pois sua carga magnética é oposta à do polo sul. c) a esfera será atraída pelo ímã, pois ficará induzida magneticamente. d) a esfera será repelida pelo ímã, pois ficará induzida eletricamente pelo polo sul. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 136 Comentários Uma esfera de ferro desmagnetizada, ao ser aproxima a um polo Norte ou a um Sul, fica induzida magneticamente e é atraída em ambos casos. Gabarito: “C” 3. (2021/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) “Um par de proteínas, através da ligação em conjunto, seria capaz de encontrar a direção do campo magnético, tal como o faria a agulha de uma bússola, de acordo com um estudo publicado nesta segunda-feira na revista Nature Materials. Pela primeira vez uma bússola biológica capaz de detectar o campo magnético foi identificada, anunciou à AFP o biofísico Can Xie da Universidade de Pequim e coautor do estudo. Os cientistas concordam há vários anos sobre o fato de que muitos animais - incluindo aves migratórias, pombos, atum ou baleias - podem detectar o campo magnético e, assim, encontrar o seu caminho, especialmente durante a migração.” Fonte: Zero Hora. Disponível em: https://gauchazh.clicrbs.com.br/geral/noticia/2015/11/par-de-proteinas-pode-ser- bussola-de-certos-animais-4904650.html. Acesso em: 11/04/2021. “Os cientistas já sabiam que os pássaros conseguem perceber o campo magnético da Terra, o que os ajuda a fazer longos voos migratórios. Também já suspeitavam que este sentido, que se assemelha ao de uma bússola, estivesse associado à visão, já que as aves não conseguem detectar campos magnéticos na escuridão. Agora, uma pesquisa da Universidade de Oxford, na Inglaterra, e da Universidade Nacional de Cingapura mostrou que os pássaros podem literalmente enxergar os efeitos da força magnética. Sob a influência do campo magnético, uma molécula especial presente nos olhos do pássaro responde à incidência da luz de tal forma a reforçar cores e brilhos em determinados pontos do campo de visão. Segundo o estudo, o resultado aproxima-se ao de um visor, como os instrumentos de uma aeronave, com marcações próprias para balizar a navegação.” Fonte: Veja. Disponível em: https://veja.abril.com.br/ciencia/passaros-tem-visor-de- campo-magnetico-diz-estudo/. Acesso em: 12/04/2021. Algumas aves possuem uma bússola biológica que as auxilia na orientação do campo magnético terrestre e que, em determinada época do ano, migram para outro hemisfério da Terra. Considere que a bússola biológica seja idêntica a uma bússola comum. Dessa forma, para conseguir se orientar e saber qual a direção de seu voo, uma agulha imantada teria seu polo Norte apontando para a) O Norte magnético Terrestre, que se encontra no Sul geográfico. b) O Norte magnético Terrestre, que se encontra próximo Norte geográfico. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 137 c) O Sul magnético Terrestre, que se encontra próximo ao Sul geográfico. d) O Sul magnético Terrestre, que se encontra no Norte geográfico. e) O Sul magnético Terrestre, que se encontra próximo ao Norte geográfico. Comentários A Terra se comporta como um grande ímã, tendo seu polo Norte magnético situado próximo ao polo Sul geográfico e seu polo Sul magnético situado próximo ao Norte geográfico. Polos magnéticos opostos se atraem. Assim, o polo Norte da agulha de uma bússola sempre irá apontar na direção do polo Sul de um ímã, que, no caso da Terra, fica próximo ao polo Norte geográfico, não coincidente. Gabarito: “E” 4. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) Um ímã em barra foi magnetizado conforme apresentado na figura abaixo. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 138 Foram colocadas bússolas ao seu redor. A única bússola que indica a correta orientação da linha de indução magnética em sua posição é a A) 1 B) 2 C) 3 D) 4 E) 5 Comentários As linhas de indução do campo magnético gerado por um ímã magnetizado longitudinalmente, como o da figura da questão, são orientadas para fora do polo Norte e para dentro do polo Sul, externamente ao ímã. Veja a figura que segue: As corretas posições para as bússolas seriam: Assim, a única bússola corretamente orientada é a indicada pelo número 4. Gabarito: “D” t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 139 5. (2021/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) O esquema a seguir representa um condutor retilíneo percorrido por uma corrente de 4A e uma espira circular de raio 𝑹 = 𝝅 𝟑 𝒎 percorrida por uma corrente de 2A. O fio e a espira estão no mesmo plano. Para que o Campo elétrico resultante seja nulo no centro da espira, a distância d, em metros, que o condutor deve estar do centro da espira deve ser: A) 3/2 B) 1/2 C) 1/3 D) 2/3 E) 4/3 Comentários O Campo Magnético gerado por um condutor retilíneo é encontrado pela equação: 𝐵𝑓𝑖𝑜 = 𝜇 ⋅ 𝑖 2 ⋅ 𝜋 ⋅ 𝑑 O Campo Magnético gerado por uma espira circular percorrida por uma corrente elétrica é: 𝐵𝑒𝑠𝑝𝑖𝑟𝑎 = 𝜇 ⋅ 𝑖 2 ⋅ 𝑅 Se o Campo Magnético resultante no centro da espira circular é nulo, temos que: 𝐵𝑓𝑖𝑜 − 𝐵𝑒𝑠𝑝𝑖𝑟𝑎 = 0 𝐵𝑓𝑖𝑜 = 𝐵𝑒𝑠𝑝𝑖𝑟𝑎 𝜇 ⋅ 𝑖𝑓𝑖𝑜 2 ⋅ 𝜋 ⋅ 𝑑 = 𝜇 ⋅ 𝑖𝑒𝑠𝑝𝑖𝑟𝑎 2 ⋅ 𝑅 𝜇 ⋅ 𝑖𝑓𝑖𝑜 2 ⋅ 𝜋 ⋅ 𝑑 = 𝜇 ⋅ 𝑖𝑒𝑠𝑝𝑖𝑟𝑎 2 ⋅ 𝜋/3 𝑖𝑓𝑖𝑜 𝑑 = 𝑖𝑒𝑠𝑝𝑖𝑟𝑎 1/3 4 𝑑 = 2 1 3 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 140 2 ⋅ 𝑑 = 13 ⋅ 4 𝑑 = 4 3 2 = 4 3 ⋅ 1 2 = 2 3 𝑚 Gabarito: “D” 6. (2021/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) Duas espiras circulares, concêntricas e coplanares têm raios 𝑹𝟏e 𝑹𝟐, sendo 𝑹𝟏 = 𝟑 𝟐 ∙ 𝑹𝟐. Ambas são percorridas por correntes 𝒊𝟏e 𝒊𝟐, respectivamente Considerando o campo magnético resultante no interior da espira sendo nulo, a corrente 𝒊𝟏 é igual a A) 𝒊𝟐 B) 𝟐 𝟑 𝒊𝟐 C) 𝟑 𝟐 𝒊𝟐 D) 𝟓 𝟐 𝒊𝟐 E) 𝟐 𝟓 𝒊𝟐 Comentários O valor da indução do campo magnético no centro de uma espira circular é dado por: 𝐵 = 𝜇0 ∙ 𝑖 2 ∙ 𝑅 Como o campo magnético resultante no interior das espiras é nulo, os campos magnéticos gerados por elas devem ter o mesmo módulo e direção, mas sentidos opostos. Assim, podemos escrever: 𝐵1 = 𝐵2 𝜇0 ∙ 𝑖1 2 ∙ 𝑅1 = 𝜇0 ∙ 𝑖2 2 ∙ 𝑅2 𝑖1 𝑅1 = 𝑖2 𝑅2 Como 𝑅1 = 3 2 ∙ 𝑅2 𝑖1 3 2 ∙ 𝑅2 = 𝑖2 𝑅2 𝑅2 ∙ 𝑖1 = 𝑖2 ∙ 3 2 ∙ 𝑅2 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 141 𝑖1 = 𝑖2 ∙ 3 2 Gabarito: “C” 7. (ESTRATEGIA VESTIBULARES 2020 - Prof. Henrique Goulart) Um fio cilíndrico de cobre, cuja resistividade vale 1,7.10-8Ωm, com 2mm de diâmetro e de 4m de comprimento, está submetido a uma fonte de tensão que oferece uma diferença de potencial em suas extremidades igual a 1,5V. Um segmento de 0,1m desse fio passa por uma região onde existe um Campo Magnético uniforme de intensidade igual a 5T, perpendicularmente ao fio. A Força Magnética sobre o fio vale aproximadamente ___________ newtons, __________________à direção do fio e __________________ à direção da Indução Magnética da região. Selecione a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado acima na ordem em que aparecem. A) 70 – paralelamente – paralelamente. B) 70 – perpendicularmente – paralelamente. C) 35 – perpendicularmente – perpendicularmente. D) 35 – paralelamente – perpendicularmente. E) 25 – perpendicularmente – paralelamente. Comentários A Força Magnética sobre fios percorridos por Corrente Elétrica no interior de campos magnéticos é dada pela Lei de Lorentz, que, além de fornecer a equação abaixo para o cálculo de sua intensidade, também indica que essa Força Magnética é perpendicular à direção da Indução Magnética e, ao mesmo tempo, à direção do segmento de fio no interior desse Campo Magnético. 𝐹𝑀𝑎𝑔 𝐹𝑖𝑜 = 𝐵 ⋅ 𝑖𝑓𝑖𝑜 ⋅ 𝐿𝐵 ⋅ 𝑠𝑒𝑛(𝜃) Onde B é o valor da Indução do Campo Magnético da região, ifio a Intensidade da Corrente Elétrica que circula no fio, LB o comprimento do segmento de fio no interior do campo, e 𝜃 o ângulo entre B e o segmento de fio em seu interior. B = 5T, L = 0,1m e θ = 90°. Assim, precisamos calcular i. Para o Cálculo da Intensidade de Corrente Elétrica que circula pelo Fio, podemos utilizar a definição abaixo: 𝑉 = 𝑅 ⋅ 𝑖 Onde V vale 1,5V. Precisamos calcular a Resistência Elétrica do fio cilíndrico, que pode ser obtida pela relação abaixo: 𝑅 = 𝜌 ⋅ 𝐿 𝐴 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 142 Onde ρ é a Resistividade Elétrica do material do fio, que é de cobre, L é o comprimento total do fio, e A é a área de seção, que é circular. Dados: ρ=1,7.10-8Ωm L=4m A=π.r²=π.1²=π mm²=π.10-6m² 𝑅 = 1,7 ⋅ 10−8 ⋅ 4 𝜋 ⋅ 10−6 = 2,16 ⋅ 10−2𝛺 Assim, a Intensidade de Corrente Elétrica fica: 𝑖 = 1,5 2,16 ⋅ 10−2 = 0,69 ⋅ 102 ≈ 70 𝐴 Finalmente, a intensidade da Força sobre o fio, vale: 𝐹𝑀𝑎𝑔 𝐹𝑖𝑜 = 5 ⋅ 70 ⋅ 0,1 ⋅ 𝑠𝑒𝑛(90°) = 35 𝑁 Portanto, a Força Magnética sobre o fio vale aproximadamente 35 newtons, perpendicularmente à direção do fio e perpendicularmente à direção da Indução Magnética da região. Gabarito: “C” 8. (2021/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) Motores elétricos são utilizados em larga escala atualmente, sejam em motores de automóveis, liquidificadores ou até mesmo em brinquedos. Tais motores funcionam por meio da força magnética atuante sobre as cargas elétricas em movimento em um condutor quando esta é imersa em um campo magnético. Assim, quando temos um ímã próximo de fios em que passa uma corrente elétrica, esses fios sofrem uma força que os coloca em movimento. Se enrolarmos um fio formando uma bobina e fizermos passar uma corrente elétrica por ele, aproximando um ímã haverá uma força magnética que movimentará ou o ímã ou a bobina (dependendo de qual dos dois estiver livre). No caso dos motores elétricos, a bobina é livre para girar conforme mostra a figura. Dessa forma convertemos energia elétrica (relacionada com a passagem de corrente elétrica pela bobina) em energia mecânica (relacionada com o movimento da bobina). Com base nas informações contidas no texto, o trecho AB da espira presente na figura experimentará uma força em que direção e sentido? A) Para baixo. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 143 B) Para cima. C) Para dentro da página. D) Para fora da página. E) Para esquerda. Comentários Por meio da regra da mão direita, podemos estabelecer a direção e sentido da força aplicada na situação descrita. Como a corrente elétrica no trecho AB aponta para dentro da página e o campo magnético aponta para a esquerda, a força magnética sobre o fio apontará para cima. Gabarito: “B” 9. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) Dois fios longos e retilíneos, A e B, de comprimento L, estão dispostos paralelamente sobre um plano horizontal, afastados por uma distância d e percorridos por correntes elétricas constantes e em sentidos opostos, de intensidades iA e iB, conforme a figura abaixo: A constante de permeabilidade do meio vale μ. Os fios estão se ____________________ com uma força que é diretamente proporcional _________________ e inversamente t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 144 proporcional __________________. Além disso, a indução magnética no ponto médio entre os fios vale _________________ e aponta __________________ do plano da página. Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado acima, na ordem em que aparecem. A) atraindo – ao produto das intensidades de corrente – à distância entre eles – 𝝁⋅𝒊𝑨⋅𝒊𝑩 𝝅⋅𝒅 – perpendicularmente para dentro. B) repelindo – à distância entre eles– ao produto das intensidades de corrente – 𝝁 𝝅⋅𝒅 (𝒊𝑨 + 𝒊𝑩) – perpendicularmente para dentro. C) atraindo – à distância entre eles– ao produto das intensidades de corrente – 𝝁⋅𝒊𝑨⋅𝒊𝑩 𝝅⋅𝒅 – perpendicularmente para fora. D) repelindo – ao produto das intensidades de corrente – à distância entre eles – 𝝁 𝝅⋅𝒅 (𝒊𝑨 + 𝒊𝑩) – perpendicularmente para dentro. E) atraindo – ao produto das intensidades de corrente – à distância entre eles – 𝝁⋅𝒊𝑨⋅𝒊𝑩 𝝅⋅𝒅 – paralelamente para a direita. Comentários A força magnética entre dois fios retilíneos, muito longos, paralelos, quando percorridos por correntes elétricas é dada pela seguinte equação: 𝐹𝑚𝑎𝑔 = 𝜇 ⋅ 𝑖𝐴 ⋅ 𝑖𝐵 ⋅ 𝐿 2 ⋅ 𝜋 ⋅ 𝑑 Como as correntes elétricas têm sentidos opostos, os fios estão se repelindo com uma força que é diretamente proporcional ao produto das intensidades de corrente e inversamente proporcional à distância entre eles. No ponto médio entre os fios, conforme a 1ª Regra da Mão Direita, as induções magnéticas dos fios estão se somando, ambas apontando para dentro do plano da página. O valor da indução magnética de um fio em um ponto pode ser dado pela equação abaixo: 𝐵𝑓𝑖𝑜 = 𝜇 ⋅ 𝑖 2 ⋅ 𝜋 ⋅ 𝑑 Assim, o valor da indução resultante da ação dos dois fios em qualquer ponto equidistante aos fios fica: 𝐵𝑟𝑒𝑠𝑢𝑙𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 = 𝐵𝐴 + 𝐵𝐵 𝐵𝑟𝑒𝑠𝑢𝑙𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 = 𝜇 ⋅ 𝑖𝐴 2 ⋅ 𝜋 ⋅ 𝑑 2 + 𝜇 ⋅ 𝑖𝐵 2 ⋅ 𝜋 ⋅ 𝑑2 𝐵𝑟𝑒𝑠𝑢𝑙𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 = 𝜇 ⋅ 𝑖𝐴 𝜋 ⋅ 𝑑 + 𝜇 ⋅ 𝑖𝐵 𝜋 ⋅ 𝑑 𝐵𝑟𝑒𝑠𝑢𝑙𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 = 𝜇 𝜋 ⋅ 𝑑 (𝑖𝐴 + 𝑖𝐵) Gabarito: “D” t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 145 10. (2021/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) Um fio condutor de 1 m de comprimento, imerso em um campo magnético de magnitude 𝟑 𝑻 perpendicular à direção do fio, está disposto como mostrado na Figura 1. Ao ser percorrido por corrente elétrica de 200mA no sentido de A para B, o fio fica submetido a uma força magnética conforme apresentado na Figura 2. De acordo com o observado, é correto afirmar que o módulo da força exercida sobre o fio vale __________________ e o vetor campo magnético é _________________________. A) 0,6 N - perpendicular e para fora do plano da página. B) 0,6 N - perpendicular e para dentro do plano da página. C) 0,6 N - paralelo ao plano da página e no mesmo sentido da força. D) 600,0 N - perpendicular e para fora do plano da página. E) 600,0 N - perpendicular e para dentro do plano da página. Comentários A força exercida sobre um fio de comprimento L imerso em um campo magnético e percorrido por uma corrente elétrica é dada pela Lei de Lorentz: 𝐹𝑚𝑎𝑔 = 𝐵 ⋅ 𝑖 ⋅ 𝐿 ⋅ sen 𝜃 Como o campo magnético é perpendicular à direção do fio, o termo sen 𝜃 = 1. Assim, podemos escrever: 𝐹𝑓𝑖𝑜 = 3 ⋅ 200 ⋅ 10 −3 ⋅ 1 ⋅ 1 = 600 ⋅ 10−3 = 0,6 𝑁 O sentido do vetor Campo Magnético sobre uma partícula positivamente carregada em movimento sofrendo a ação de uma força magnética, pode ser dado pela Segunda Regra da Mão Direita: t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 146 Analogamente, esta regra pode ser utilizada para fios. Se o dedão representava a velocidade da partícula, agora ele indica o sentido da Corrente Elétrica no fio. As outras grandezas permanecem sendo representadas da mesma forma. Analisando os sentidos da Corrente Elétrica e da Força Magnética, verificamos que o campo magnético tem sentido perpendicular à folha e para fora da página. Gabarito: “A” 11. (2021/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) No Eletromagnetismo, estudamos características e fenômenos importantes relacionados a ímãs, bússolas, partículas eletricamente carregadas em movimento e as consequências disso. Com relação ao Eletromagnetismo, identifique como verdadeiras (V) ou falsas (F) as seguintes afirmativas: ( ) Quando há variação no fluxo magnético em uma espira metálica há a indução de uma corrente elétrica. ( ) Ao cortar um ímã em barra ao meio é possível separar e isolar um polo Norte do polo Sul. ( ) Bússolas se orientam de acordo com o sentido da indução magnética do local onde estão inseridas. ( ) Quando uma partícula eletricamente carregada penetra em um campo magnético com velocidade paralela à direção das linhas de indução, ela fica sujeita a uma força magnética não nula. Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta, de cima para baixo A) V - F - V - F. B) F - V - F - V. C) V - F - V - V. D) V - F - F - V. E) F - F - V - F. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 147 Comentários VERDADEIRA A Lei de Faraday explicita que quando há variação no fluxo de Campo Magnético através de materiais condutores surge uma corrente elétrica no induzido. FALSA A inseparabilidade dos polos mostra que ao se dividir um ímã em dois ou mais pedaços, estes pedaços menores continuam apresentando polos magnéticos norte e sul do ímã original, conforme a orientação magnética de seus domínios, internamente. VERDADEIRA O polo norte da agulha imantada de uma bússola sempre se orienta no mesmo sentido do campo magnético na qual está inserida. Caso haja mais de um Campo Magnético, a agulha se orientará no sentido do vetor Campo Magnético resultante. FALSA A Força Magnética aplicada em uma partícula carregada se dá pela Lei de Lorentz: 𝐹𝑚𝑎𝑔 = 𝑞 ⋅ 𝑣 ⋅ 𝐵 ⋅ 𝑠𝑒𝑛(𝜃) Onde 𝜃 é o ângulo entre o vetor Velocidade 𝑣 e o vetor Indução Magnética �⃗⃗�. Se a direção da Velocidade é paralela à direção de B, o ângulo 𝜃 pode ser tanto 𝜃 = 0° quanto 𝜃 = 180°. Em ambas situações o 𝑠𝑒𝑛(𝜃) = 0, resultando na ausência de uma Força Magnética sobre a partícula. Gabarito: “A” 12. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) Uma partícula eletricamente carregada com carga q, com massa desprezível, entra com velocidade v numa região onde coexistem um campo elétrico E e um campo magnético B estáticos e uniformes. A correta equação que possibilita o cálculo da força eletromagnética F na qual a partícula será submetida está melhor representada na alternativa A) 𝑭 = 𝒎 ⋅ 𝒈 B) 𝑭 = 𝒒 ⋅ 𝑬 C) 𝑭 = 𝒒 ⋅ 𝑩 ⋅ 𝒗 D) 𝑭 = 𝒒 ⋅ (𝑬 + 𝑩 ⋅ 𝒗) E) 𝑭 = 𝒒 ⋅ (𝑬 + 𝑩 ⋅ 𝒗 ⋅ 𝒔𝒆𝒏𝜽) t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 148 Comentários A Força Eletromagnética na qual uma partícula de carga q que entra com velocidade v em uma região com campos elétrico E e magnético B, estáticos, é dada pela Equação de Lorentz, que pode ser escrita na forma vetorial: �⃗� = 𝑞 ⋅ (�⃗⃗� + 𝑣 𝑥 �⃗⃗�) Ao se considerar somente os módulos, esta equação fica: 𝐹 = 𝑞 ⋅ (𝐸 + 𝑣 ⋅ 𝐵 ⋅ 𝑠𝑒𝑛𝜃) Gabarito: “E” 13. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) Quando partículas eletricamente carregadas se movem no interior de campos magnéticos, elas podem ficar submetidas a forças que as fazem desviar de suas trajetórias originais. Sobre estas forças e respectivas trajetórias de partículas eletricamente carregadas, em movimento, no interior de campos magnéticos, podemos afirmar que, A) entrar paralelamente às linhas de um campo magnético, seu movimento será circular uniforme. B) entrar perpendicularmente às linhas de um campo magnético, seu movimento será retilíneo uniforme. C) entrar paralelamente às linhas de um campo magnético, seu movimento será helicoidal, composto por uma combinação de um movimento circular uniforme e de um movimento retilíneo uniforme. D) entrar perpendicularmente às linhas de um campo magnético, seu movimento será helicoidal, composto por uma combinação de um movimento circular uniforme e de um movimento retilíneo uniforme. E) entrar obliquamente às linhas de um campo magnético, seu movimento será helicoidal, composto por uma combinação de um movimento circular uniforme e de um movimento retilíneo uniforme. Comentários A incorreta. Se uma partícula eletricamente carregada entrar paralelamente às linhas de um campo magnético, seu movimento será retilíneo e uniforme, pois não sofrerá qualquer força magnética. B incorreta. Se uma partícula eletricamente carregada entrar perpendicularmente às linhas de um campo magnético, seu movimento será circular uniforme, pois a força magnética será perpendicular à velocidade, apontando para o centro da trajetória. C e D incorretas. E correta. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 149 Se uma partícula eletricamente carregada entrar obliquamente às linhas de um campo magnético, seu movimento será helicoidal, composto por uma combinação de um movimento circular uniforme e de um movimento retilíneo uniforme. Gabarito: “E” 14. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/ Prof. Henrique Goulart) Um feixe de partículas entra em um compartimento de um acelerador onde existe um campo magnetostático. Este feixe é composto por partículas com diferentes massas e dotadas de diferentes cargas elétricas. As trajetórias estão apresentadas na figura abaixo. Seleciona a alternativa correta. a) Partículas positivamente carregadas foram desviadas para as trajetórias indicadas pelo número 1. b)Partículas positivamente carregadas foram desviadas para as trajetórias indicadas pelo número 2. c) Partículas positivamente carregadas foram desviadas para as trajetórias indicadas pelo número 3. d) Partículas negativamente carregadas foram desviadas para as trajetórias indicadas pelo número 2. e) Partículas negativamente carregadas foram desviadas para as trajetórias indicadas pelo número 3. Comentários Partículas eletricamente carregadas, em movimento no interior de campos magnéticos, podem ficar submetidas a uma força magnética cuja orientação pode ser dada pela Segunda Regra da Mão Direita (ou qualquer outra regra equivalente). t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 150 Para o caso de partículas com carga elétrica negativa, a força se orienta no sentido do dorso da mão, enquanto as partículas positivas sentem forças no sentido da palma da mão. Partículas eletricamente neutras não ficam submetidas a forças em campos magnéticos. Partículas eletricamente carregadas não sofrem qualquer força magnética se estiverem em repouso ou se moverem paralelamente às linhas de indução de campos magnéticos. Portanto, como o campo magnético é perpendicular ao plano da página e orientado para fora dela, as trajetórias indicadas pelo número 1 são de partículas negativamente carregadas, enquanto as indicadas pelo número 2 são para partículas positivas. A trajetória 3 somente pode ser de partículas eletricamente neutras. Gabarito: “B” 15. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) Uma partícula de massa m e eletricamente carregada com carga q, entra com velocidade v em um campo elétrico de intensidade E. A aceleração impressa sobre a partícula devido, exclusivamente, à ação desse campo elétrico vale A) 𝑬 𝒎 B) 𝑬⋅𝒒 𝒎 C) 𝒎 𝑬⋅𝒒 D) 𝒒 𝒎⋅𝑬 E) 𝒒 𝒎 Comentários Uma partícula eletricamente carregada sob a ação de um campo elétrico, fica submetida a uma força que pode ser calculada com a equação abaixo: 𝐹𝑒𝑙é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 = 𝐸 ⋅ 𝑞 Com esta força, a aceleração impressa sobre a partícula de massa m devido à ação do campo E pode ser obtida a partir da Segunda Lei de Newton: 𝐹𝑒𝑙é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 = 𝑚 ⋅ 𝑎𝑒𝑙é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 𝐸 ⋅ 𝑞 = 𝑚 ⋅ 𝑎𝑒𝑙é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 151 𝑎𝑒𝑙é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 = 𝐸 ⋅ 𝑞 𝑚 Gabarito: “B” 16. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) Uma partícula de massa m e carga q, está em movimento periódico no interior de uma região onde existe um campo magnético B uniforme. A figura abaixo apresenta a trajetória circular realizada pela partícula, assim como o vetor velocidade e as linhas de indução do campo magnético. O período T desse movimento vale A) 𝒎⋅𝝅 𝑩⋅𝒒 B) 𝒎⋅𝟐⋅𝑹 𝑩⋅𝒒 C) 𝒎⋅𝟐⋅𝝅 𝑩⋅𝒒 D) 𝒎⋅𝟒⋅𝝅𝟐⋅𝑹 𝑩⋅𝒒 E) 𝒎⋅𝟐⋅𝝅𝟐 𝑹⋅𝑩⋅𝒒 Comentários Como a força magnética é a única força relevante sobre o elétron, podemos escrever: 𝐹𝑟 = 𝑚 ⋅ 𝑎 A força magnética é dada pela Força de Lorentz: 𝐹𝑚𝑎𝑔 = 𝐵 ⋅ 𝑣 ⋅ 𝑞 ⋅ 𝑠𝑒𝑛𝜃 Como o movimento é circular, a força magnética é a resultante centrípeta, sendo perpendicular à velocidade. Assim, temos: 𝐵 ⋅ 𝑣 ⋅ 𝑞 ⋅ 𝑠𝑒𝑛𝜃 = 𝑚 ⋅ 𝑣2 𝑅 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 152 𝐵 ⋅ 𝑞 = 𝑚 ⋅ 𝑣 𝑅 Como a velocidade no Movimento Circular Uniforme é igual a: 𝑣𝑀𝐶𝑈 = 2 ⋅ 𝜋 ⋅ 𝑅 𝑇 Então, podemos escrever: 𝑅 ⋅ 𝐵 ⋅ 𝑞 = 𝑚 ⋅ 2 ⋅ 𝜋 ⋅ 𝑅 𝑇 𝑇 = 𝑚 ⋅ 2 ⋅ 𝜋 𝐵 ⋅ 𝑞 Gabarito: “C” 17. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) Uma partícula positivamente carregada é lançada obliquamente em relação à superfície da Terra. Ao atingir o ponto de altura máxima, ela fica sujeita a ação de um campo magnético que a faz seguir uma trajetória retilínea horizontal com velocidade constante, a partir de então. Despreze qualquer efeito que possa ser causado pelo ar. É correto se afirmar que A) esse campo magnético é perpendicular ao solo e paralelo à velocidade da partícula no ponto mais alto da trajetória. B) esse campo magnético é perpendicular ao solo e perpendicular à velocidade da partícula no ponto mais alto da trajetória. C) esse campo magnético é paralelo ao solo e perpendicular à velocidade da partícula no ponto mais alto da trajetória. D) esse campo magnético é paralelo ao solo e paralelo à velocidade da partícula no ponto mais alto da trajetória. E) esse campo magnético é oblíquo ao solo e perpendicular à velocidade da partícula no ponto mais alto da trajetória. Comentários Lançada obliquamente em relação ao solo, a partícula tem velocidade horizontal no ponto mais alto da trajetória. Como a partir deste ponto a partícula segue com velocidade constante, então ela está se movendo horizontalmente sob o equilíbrio das forças Peso e Magnética. A força Peso é vertical e aponta verticalmente para baixo. Logo, para ser equilibrada, a força Magnética deve apontar verticalmente para cima e ter igual intensidade que o Peso. A força Magnética sobre uma partícula eletricamente carregada, em movimento no interior de um Campo Magnético é dada pela Lei de Lorentz: 𝐹𝑀𝑎𝑔 = 𝐵 ⋅ 𝑣 ⋅ 𝑞 ⋅ 𝑠𝑒𝑛𝜃 O sentido da Força Magnética sobre uma partícula positivamente carregada, em movimento em um Campo Magnético, pode ser dado pela Segunda Regra da Mão Direita: t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 153 Logo, como a Força Magnética da partícula deve ser verticalmente para cima enquanto ela se move horizontalmente, então o campo magnético deve ser paralelo ao solo e perpendicular à velocidade da partícula no ponto mais alto da trajetória. Gabarito: “C” 18. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/ Prof. Henrique Goulart) Uma partícula com carga elétrica +Q se move com velocidade V no interior de um campo magnético B, conforme apresentado na figura abaixo. Pode-se afirmar que a) a partícula está sujeita a uma força magnética para o pé da página. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 154 b) a partícula está sujeita a uma força magnética para dentro da página. c) a partícula está sujeita a uma força magnética para o alto da página. d) a partícula está sujeita a uma força magnética para fora da página. e) a partícula não está sujeita a qualquer força. Comentários Conforme a Segunda Regra da Mão Direita (2ªRMD), a Força Magnética estará para o alto da página Gabarito: “C”. 19. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) Três partículas eletricamente carregadas, 1, 2 e 3, afastadas entre si, entram numa região onde existe um campo magnético estático e uniforme. A partícula 1 entra na região perpendicularmente às linhas de indução, a partícula 2 entra paralelamente às linhas de campo, enquanto a partícula 3 entra obliquamente em relação às linhas de campo. Ao se considerar somente as interações eletromagnéticas sobre estas partículas, somente é correto afirmar que A) A partícula 2 terá um Movimento Circular Uniforme, a partícula 1 terá um Movimento Retilíneo Uniforme, e a partícula 3 terá um movimento com trajetória helicoidal. B) A partícula 3 terá um Movimento Circular Uniforme, a partícula 2 terá um Movimento Retilíneo Uniforme, e a partícula 1 terá um movimento com trajetória helicoidal. C) A partícula 3 terá um Movimento Circular Uniforme, a partícula 1 terá um Movimento Retilíneo Uniforme, e a partícula 2 terá um movimento com trajetória helicoidal. D) A partícula 1 terá um Movimento Circular Uniforme, a partícula 2 terá um Movimento Retilíneo Uniforme, e a partícula 3 terá um movimento com trajetória helicoidal. E) A partícula 1 terá um Movimento Circular Uniforme, a partícula 3 terá um Movimento RetilíneoUniforme, e a partícula 2 terá um movimento com trajetória helicoidal. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 155 Comentários Partículas eletricamente carregadas, em movimento, no interior de campos magnéticos, podem ficar sujeitas a uma força magnética que é dada pela equação de Lorentz: 𝐹𝑚𝑎𝑔 = 𝐵 ⋅ 𝑣 ⋅ 𝑞 ⋅ 𝑠𝑒𝑛𝜃 Se o ângulo entre a velocidade da partícula e as linhas de indução for igual a 90°, caso da partícula 1 que entrou perpendicularmente ao campo, a partícula ficará sujeita a uma força centrípeta, fazendo com que ela tenha uma trajetória circular, em MCU. Se o ângulo entre a velocidade da partícula e as linhas de indução for igual a 0° ou 180°, caso da partícula 2 que entrou paralelamente ao campo, a partícula não ficará sujeita à força magnética, seguindo numa trajetória retilínea, em MRU. Se o ângulo entre a velocidade da partícula e as linhas de indução for maior que 0° e menor que 90°, caso da partícula 3, o movimento será helicoidal, que é composto por um MCU e um MRU. Gabarito: “D” 20. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) Uma partícula eletricamente carregada com carga igual a q, de massa desprezível, é abandonada, em repouso, em uma região do espaço onde coexistem um campo magnetostático B e um campo eletrostático E paralelos. A resultante das forças Fr sobre esta partícula vale A) Fr = 0 N B) Fr = E.q C) Fr = E.q + B.v.q D) Fr = E.q - B.v.q E) Fr = B.v.q.sen(θ) Comentários A partícula, por ter massa desprezível, a força Peso também será desprezível. Assim, restam as forças Magnética e Elétrica. A força Eletrostática sobre uma partícula de carga q no interior de um Campo Elétrico é dada pela equação abaixo: 𝐹𝑒𝑙 = 𝐸 ⋅ 𝑞 A força Magnética sobre uma partícula eletricamente carregada, em movimento, no interior de um Campo Magnético é dada por: 𝐹𝑚𝑎𝑔 = 𝐵 ⋅ 𝑣 ⋅ 𝑞 ⋅ 𝑠𝑒𝑛(𝜃) Como os campos são paralelos, a partícula se moverá com trajetória paralela ao Campo Elétrico, também paralelamente ao Campo Magnético, sendo, assim, submetida somente à força Elétrica. A força Magnética será nula, neste caso, pois a velocidade da partícula será sempre paralela às linhas de indução do campo Magnético, fazendo do termo “sem (θ)” igual a zero. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 156 Assim, a resultante das forças fica igual à força Elétrica. Gabarito: “B”. 21. (2021/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) De acordo com seus conhecimentos sobre prótons, elétrons e eletromagnetismo, preencha as lacunas. Duas partículas eletricamente carregadas, um próton e um elétron, adentram com velocidade v em uma região banhada por um Campo Magnético B. O Campo magnético tem sentido perpendicular à página e para fora, enquanto que a velocidade de ambas as partículas é paralela e para o alto da página. O elétron sofre a ação de uma força magnética para a ______________ da página, o próton sofre uma deflexão para a ________________ da página e o _________________ apresenta um raio de trajetória maior que o da outra partícula. A) direita - esquerda - próton B) esquerda - direita - elétron C) esquerda - direita - próton D) direita - esquerda - elétron E) esquerda - esquerda - elétron Comentários O sentido do vetor Campo Magnético sobre uma partícula positivamente carregada em movimento sofrendo a ação de uma força magnética, pode ser dado pela Segunda Regra da Mão Direita. Analogamente, a regra pode ser utilizada para partículas negativamente carregadas. A diferença é que a força magnética terá sentido contrário ao apresentado na figura. Se os vetores velocidade das duas partículas são paralelos e para o alto da página enquanto o vetor Campo Magnético aponta para fora da página, podemos identificar que o próton sofrerá uma deflexão para a direita enquanto o elétron para a esquerda. Para o cálculo do raio da trajetória utilizamos a equação do raio da trajetória circunferencial de uma partícula, que pode ser encontrada igualando a resultante centrípeta com o módulo da força magnética, dada pela Lei de Lorentz. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 157 𝑅 = 𝑚 ⋅ 𝑣 𝑞 ⋅ 𝐵 Como as partículas possuem iguais velocidades, iguais quantidades de carga elétrica e estão submetidas ao mesmo campo magnético, aquela que tem maior massa, no caso o próton, terá maior raio de trajetória. Gabarito: “C” 22. (2021/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) Leia as afirmativas abaixo: I. Quando uma partícula eletricamente carregada entra num campo magnético numa direção perpendicular a ele, a força magnética exercida sobre ela é perpendicular à velocidade e ao campo, resultando em um movimento circular uniforme. II. Quando uma partícula eletricamente carregada entra num campo magnético paralelamente a ele, a força magnética é nula. III. Quando uma partícula eletricamente carregada entra num campo magnético com um ângulo diferente de 0°, 90° e 180°, ela sofre ação de uma força magnética que resulta em uma trajetória helicoidal. Quais estão corretas? A) I. B) I e II. C) II e III. D) I, II e III. E) Todas são incorretas. Comentários A ação da força magnética sobre uma partícula eletricamente carregada depende tanto do valor da velocidade com a qual ela se movimenta e da intensidade do Campo Magnético, quanto do ângulo formado entre essas duas grandezas vetoriais. 𝐹𝑚𝑎𝑔 = 𝑞 . 𝑣 . 𝐵 . 𝑠𝑒𝑛(𝜃) I – CORRETA. Quando o ângulo é 90°, o seno tem valor correspondente a 1, gerando uma Força perpendicular à velocidade e ao campo magnético, fazendo com que a partícula sofra um desvio na sua direção de propagação, gerando um Movimento Circular Uniforme. II – CORRETA. Quando o ângulo é 0°, o seno tem valor nulo, não havendo Força Magnética sobre a partícula elétrica. Dessa forma, livre de forças, a trajetória da partícula tende a ser em Movimento Retilíneo Uniforme. III – CORRETA. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 158 Como a velocidade não é perpendicular, nem paralela ao campo magnético, o movimento será uma composição de uma trajetória circular uniforme que avança em movimento retilíneo uniforme. Ou seja, um MCU que avança em MRU, resultando em uma trajetória helicoidal. Gabarito: “D” 23. (2021/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) Uma partícula eletricamente carregada de carga q e massa m adentra perpendicularmente em um campo magnético B com uma velocidade V sofrendo a ação de uma Força Magnética e, consequentemente, realizando um movimento circular uniforme. Desprezando ações de campos elétricos e gravitacionais, a relação que pode ser utilizada para determinar o período do movimento dessa partícula é A) 𝑻 = 𝒒⋅𝑩 𝟒⋅𝝅⋅𝒎 . B) 𝑻 = 𝟒⋅𝝅⋅𝒎 𝒒⋅𝑩 . C) 𝑻 = 𝒒⋅𝐁 𝟐⋅𝝅⋅𝒎 . D) 𝑻 = 𝒎⋅𝒒⋅𝐁 𝟐⋅𝝅 . E) 𝑻 = 𝟐⋅𝝅⋅𝒎 𝒒⋅𝑩 . Comentários Como a partícula está submetida a uma força eletromagnética e se move em Movimento Circular Uniforme, então podemos escrever a seguinte relação, a partir da Segunda Lei de Newton: 𝐹𝑟𝑒𝑠 = 𝑚 ⋅ 𝑎 𝐹𝑚𝑎𝑔 = 𝑚 ⋅ 𝑎𝑀𝐶𝑈 A Força Magnética sobre uma partícula eletricamente carregada que se move no interior de um campo magnético é dada pela Lei de Lorentz. 𝐹𝑚𝑎𝑔 = 𝑞 ⋅ V ⋅ B ⋅ sen 𝜃 A aceleração do MCU pode ser dada pela seguinte relação: 𝑎𝑀𝐶𝑈 = 𝑉2 𝑅 Assim, ficamos: 𝐹𝑚𝑎𝑔 = 𝑚 ⋅ 𝑎𝑀𝐶𝑈 𝑞 ⋅ V ⋅ B ⋅ sen 𝜃 = 𝑚 ⋅ 𝑉2 𝑅 Como a velocidade da partícula é perpendicular ao Campo Magnético, o ângulo entre a velocidade e o campo vale 90° e seno de 90° vale 1. 𝑞 ⋅ V ⋅ B = 𝑚 ⋅ 𝑉2 𝑅 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 159 𝑅 = 𝑚 ⋅ 𝑉2 𝑞 ⋅ 𝑉 ⋅ 𝐵𝑅 = 𝑚 ⋅ 𝑉 𝑞 ⋅ 𝐵 Com esta relação podemos determinar o período a partir da equação da velocidade linear para um movimento curvilíneo: 𝑉 = 2 ⋅ 𝜋 ⋅ 𝑅 𝑇 𝑇 = 2 ⋅ 𝜋 ⋅ 𝑅 𝑉 Substituindo a equação do Raio da trajetória, tem-se: 𝑇 = 2 ⋅ 𝜋 ⋅ ( 𝑚 ⋅ 𝑉 𝑞 ⋅ 𝐵 ) 𝑉 𝑇 = 2 ⋅ 𝜋 ⋅ 𝑚 ⋅ 𝑉 𝑉 ⋅ 𝑞 ⋅ 𝐵 𝑇 = 2 ⋅ 𝜋 ⋅ 𝑚 𝑞 ⋅ 𝐵 Gabarito: “E” 24. (2021/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) A figura ilustra a trajetória de quatro partículas lançadas em um campo magnético B com velocidade inicial 𝒗𝟎. As partículas são: próton, elétron, nêutron e dêuteron (núcleo de deutério constituído por um próton e um nêutron). As trajetórias correspondentes a cada partícula são A) I - próton, II- dêuteron, III- elétron, IV - nêutron. B) I - próton, II- nêutron, III- dêuteron, IV - elétron. C) I - elétron, II- dêuteron, III- próton, IV - nêutron. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 160 D) I - elétron, II- dêuteron, III- nêutron, IV - próton. E) I - próton, II- dêuteron, III- nêutron, IV - elétron. Comentários Por estar realizando uma trajetória curvilínea e mudando a direção do vetor velocidade, o corpo apresenta uma aceleração chamada de aceleração centrípeta e, portanto, a Resultante das Forças atuantes no corpo é chamada de Força Centrípeta. 𝐹𝐶 = 𝑚 ⋅ 𝑎𝐶 𝑎𝐶 = 𝑉2 𝑅 Substituindo a equação da aceleração centrípeta na equação da Força Centrípeta, temos: 𝐹𝐶 = 𝑚 ⋅ 𝑣2 𝑅 No caso dessa partícula, há apenas uma força atuante no corpo, que é a Força Magnética. Tal força, então, é a própria Resultante das Forças: 𝐹𝑀𝐴𝐺 = 𝑞 ⋅ 𝑣 ⋅ 𝐵 ⋅ 𝑠𝑒𝑛(𝜃) 𝐹𝐶 = 𝐹𝑀𝐴𝐺 𝑚 ⋅ 𝑣2 𝑅 = 𝑞 ⋅ 𝑣 ⋅ 𝐵 ⋅ 𝑠𝑒𝑛(𝜃) Como a velocidade da partícula é perpendicular ao Campo Magnético, o ângulo entre eles é de 90°. Assim, sen (90°) = 1. 𝑚 ⋅ 𝑣2 𝑅 = 𝑞 ⋅ 𝑣 ⋅ 𝐵 𝑚 ⋅ 𝑉2 𝑞 ⋅ 𝑉 ⋅ 𝐵 = 𝑅 𝑅 = 𝑚 ⋅ 𝑉 𝑞 ⋅ 𝐵 A partícula carregada positivamente (próton) e o núcleo de deutério (dêuteron) devem seguir a curvatura superior. No entanto, o dêuteron, embora possua a mesma carga elétrica que o próton, ele possui um nêutron a mais. Isso significa que a massa do dêuteron é maior tornando o raio da trajetória superior. Já para o elétron, por ser carga negativa, sua curvatura é oposta ao próton. E, o nêutron, por não possuir carga elétrica, passa sem desvio pelo campo magnético. Gabarito: “E” 25. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) A maioria dos dispositivos que geram energia elétrica funcionam baseados na Lei de Faraday-Neumann-Lenz, que diz que uma ______________________ é gerada pela variação do ________________ numa região. Escolha a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado acima, na ordem que aparecem. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 161 a) Força Eletromotriz Induzida – Fluxo Magnético. b) Força Eletromotriz Induzida – Fluxo Elétrico. c) Força Magnetomotriz Induzida – Fluxo Energético. d) Força Magnetomotriz Induzida – Fluxo Eletromagnético. e) Força Motriz Induzida – Fluxo Magnético. Comentários Lei de Faraday-Lenz: A Força Eletromotriz induzida é igual à variação temporal do Fluxo Magnético numa região, surgindo de maneira a se opor a esta variação. 𝜀𝑓𝑒𝑚 = − ∆𝜑𝑚𝑎𝑔 ∆𝑡 Gabarito: “A” 26. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/ Prof. Henrique Goulart) Grande parte dos processos de geração de Energia Elétrica tem como finalidade movimentar ímãs ou eletroímãs próximos de fios metálicos que compõem o equipamento chamado de Gerador. Sobre esse processo, assinale a alternativa correta. A) A eletricidade variável gera magnetismo nos ímãs, conforme a Lei de Coulomb. Este processo faz surgir energia nos fios. B) A variação do Fluxo Elétrico na região dos ímãs induz eletricidade nos fios. Este processo transforma Energia Mecânica em Energia Elétrica devido a uma Força Eletromagnética. C) O Gerador produz Energia Elétrica a partir do vácuo quântico, transferindo Energia Magnética dos ímãs para os fios a partir da variação do Fluxo Eletromagnético. D) A variação do Fluxo Magnético na região dos fios metálicos ocorre devido ao movimento dos ímãs, induzindo uma Força Eletromotriz. Este processo transforma Energia Mecânica em Energia Elétrica. E) A variação do Fluxo Elétrico na região dos fios metálicos ocorre devido ao movimento dos ímãs, induzindo uma Força Eletromotriz. Este processo transforma Energia Elétrica em Energia Mecânica. Comentários O movimento dos ímãs ou eletroímãs em relação aos fios gera uma Força Eletromotriz (FEM) induzida devido à variação do Fluxo Magnético na região dos fios metálicos. Este processo acaba transformando a Energia Mecânica de movimento dos ímãs em Energia Elétrica nos fios. Gabarito: “D” t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 162 27. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) Quando um ímã se move em relação a uma bobina metálica fixa, sofre uma força, de origem eletromagnética, que se opõe ao seu movimento. Sobre esse fenômeno, é correto afirmar que A) devido à Lei de Ampére, o movimento do ímã sofre resistência, transformando Energia Mecânica em Energia Elétrica a partir de um Trabalho conservativo realizado pela força eletromagnética. B) devido à Lei de Joule, o movimento do ímã sofre resistência, transformando Energia Mecânica em Energia Magnética partir de um Trabalho não conservativo realizado pela força eletromagnética. C) devido à Lei de Coulomb, o movimento do ímã sofre resistência, transformando Energia Elétrica em Energia Mecânica a partir de um Trabalho não conservativo realizado pela força eletromagnética. D) devido à Lei de Faraday, o movimento do ímã sofre resistência, transformando Energia Mecânica em Energia Elétrica a partir de um Trabalho conservativo realizado pela força eletromagnética. E) devido à Lei de Lenz, o movimento do ímã sofre resistência, transformando Energia Mecânica em Energia Elétrica a partir de um Trabalho não conservativo realizado pela força eletromagnética. Comentários Conforme a Lei de Lenz, o ímã sofre uma força Eletromagnética que se opõe ao seu movimento em relação à bobina, transformando a Energia Cinética do ímã em Energia Elétrica. Esta transformação de energia ocorre via realização de um Trabalho não conservativo dessa força Eletromagnética que surge sobre o ímã que se move. Gabarito: “E” 28. (2021/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/ Prof. Henrique Goulart) Dínamos são máquinas elétricas que convertem energia mecânica em energia elétrica ao movimentar fios condutores próximos de ímãs ou eletroímãs. Eles são utilizados em geradores residenciais e industriais, além de terem importante aplicação na geração de energia elétrica para alimentar os componentes eletrônicos em veículos automotores. Seu princípio de funcionamento se baseia na A) Lei da Indução Eletromagnética de Faraday e Lenz. B) Lei de Newton da Indução Magnética, conforme a Ação e Reação. C) Lei de Coulomb do Eletromagnetismo, devido ao movimento de cargas elétricas. D) Lei de Arquimedes da Força Eletromagnética do Empuxo. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 163 E) Lei de Planck da Mecânica Quântica. Comentários O funcionamento dos dínamos se baseia na Lei da Indução Eletromagnética de Faraday e Lenz, que diz que uma Força Eletromotriz induzida (Eletricidade) é gerada por uma variação de Fluxo Magnético (Magnetismo variável), de forma que a Fem Induzida é igual à variação temporal do Fluxo Magnético: 𝜀 = − ∆𝜑𝑀𝑎𝑔 ∆𝑡 O Fluxo Magnético indica a quantidade de magnetismo na região dos fios condutores. Quando os fios se movem em relação ao Campo Magnético gerado pelos ímãs, surge eletricidade nos fios. A Leide Newton da Ação e Reação é conhecida como a Terceira Lei de Newton da Dinâmica. A Lei de Coulomb da eletricidade fala da força de atração ou repulsão eletrostática entre partículas eletricamente carregadas. A Lei de Arquimedes fala sobre a força de Empuxo sobre corpos submersos em fluidos estáticos. A Lei de Planck fala sobre a quantização da energia eletromagnética carregada por ondas eletromagnéticas. Gabarito: “A” 29. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) O fluxo magnético em um anel metálico de resistência igual a 2Ω varia a uma taxa de 6Wb/s. O valor da Indução magnética no local vale 90T. A intensidade de corrente elétrica induzida no anel vale A) 3A B) 6A C) 18A D) 12A E) 9A Comentários Como a taxa de variação do fluxo magnético na região do anel vale 6Wb/s, então a força eletromotriz induzida no anel vale exatamente 6V, conforme a Lei de Faraday. A intensidade de corrente induzida no anel pode ser obtida pela equação abaixo: 𝜀 = 𝑅 ⋅ 𝑖 Dados: ε=6V R=2Ω 6 = 2 ⋅ 𝑖 𝑖 = 3𝐴 Gabarito: “A” t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 164 30. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) Quando um ímã se movimenta em relação a uma espira metálica, surge corrente elétrica no filamento dessa espira. Quanto maior a velocidade relativa entre o ímã e a espira, mais intensa é a corrente elétrica que surge nessa mesma espira, conforme a a) Lei de Newton. b) Lei de Lorentz. c) Lei de Ampere. d) Lei de Pascal. e) Lei de Faraday. Comentários A Lei de Faraday-Neumann, ou simplesmente Lei de Faraday, diz que a força eletromotriz induzida é igual à variação temporal do fluxo magnético numa região. 𝜀 = ∆𝜑𝑚𝑎𝑔 ∆𝑡 Assim, quanto maior a velocidade relativa entre o ímã e a espira, mais rapidamente o fluxo magnético na região dos fios variará, fazendo com que a força eletromotriz seja maior e, consequentemente, a corrente elétrica circulando nos fios da espira seja, também, mais intensa. Gabarito: “E” 31. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) Métodos de Gerar Eletricidade “As turbinas girando unidas aos geradores elétricos produzem a eletricidade. As turbinas podem ser movidas usando o vapor, a água, o vento ou outros líquidos como um portador de energia intermediário. As fontes de energia mais comuns são as térmicas, combustíveis fosseis, reatores nucleares, para a geração de vapor, e da energia potencial gravitacional das barragens das usinas hidroelétricas. As pilhas produzem a eletricidade pelas reações de óxido-redução com uma variedade de produtos químicos.” https://pt.wikipedia.org/wiki/Gera%C3%A7%C3%A3o_de_eletricidade O princípio da Física que está na base da geração de energia nos geradores elétricos é a a) Lei de Coulomb. b) Lei de Newton. c) Lei de Faraday. d) Lei de Arquimedes. e) Lei de Ohm. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 165 Comentários Os geradores são dispositivos capazes de transformar energia mecânica em energia elétrica. O princípio de funcionamento está na Lei de Faraday-Neumann, que diz que uma força eletromotriz induzida surge devido à variação de fluxo magnético e, quanto mais rápido ocorrer essa variação de fluxo magnético, mais intensa será a fem induzida. Em outras palavras: “a força eletromotriz induzida é igual à variação temporal do fluxo magnético.” 𝜀 = ∆𝜑𝑚𝑎𝑔 ∆𝑡 A Lei de Coulomb diz como se calcula a força eletrostática entre duas partículas eletricamente carregas. Existem várias Leis de Newton: as três leis da Dinâmica ou Mecânica Newtoniana e a Lei da Gravitação Universal, por exemplo. A Lei de Arquimedes fala sobre a força de Empuxo. A Lei de Ohm classifica resistores como ôhmicos quando suas resistências se mantêm constantes. Gabarito: “C” 32. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) O fluxo magnético na região de um anel condutor assumiu valores que foram registrados no gráfico abaixo. A partir dos dados contidos no gráfico, selecione a alternativa correta. a) O anel foi percorrido por uma corrente contínua entre os instantes 0s e 4s. b) O anel ficou submetido a uma força eletromotriz induzida entre os instantes 4s e 24s. c) O anel foi percorrido por uma corrente contínua entre os instantes 4s e 24s. d) O anel ficou submetido a uma força eletromotriz máxima no instante igual a 20s. e) O anel ficou submetida a uma força eletromotriz mínima no instante igual a 12s. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 166 Comentários Conforme a Lei de Faraday, uma Força Eletromotriz induzida surge quando um Fluxo Magnético for variável, de forma que esta Fem induzida é mais intensa quanto mais rápida for a variação desse fluxo no tempo. 𝜀 = ∆𝜑𝑀𝑎𝑔 ∆𝑡 Assim, a partir do gráfico, entre os instantes 4s e 24s, podemos perceber que o Fluxo Magnético foi variável, induzindo Força Eletromotriz no anel. Entre os instantes 0s e 4s, não houve Força Eletromotriz, pois o Fluxo Magnético se manteve constante. Além disso, nada se pode afirmar sobre a intensidade de corrente no anel neste intervalo. A Força Eletromotriz é máxima quando ocorrer a maior variação de fluxo magnético no menor intervalo de tempo. No gráfico, esta situação ocorre entre os instantes 21s e 22s, onde a declividade do gráfico é mais acentuada, mais inclinada. Certamente, entre os instantes 4s e 24s, o anel foi percorrido por uma corrente elétrica variável, pois ficou submetido a uma força eletromotriz também variável, devido à variação do fluxo magnético. Gabarito: “B” 33. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) O fluxo magnético em uma espira metálica varia conforme apresentado no gráfico abaixo. Do instante 0min até 1min, a força eletromotriz induzida na espira teve intensidade de _____________ . Do instante 1min até 2min, a força eletromotriz na espira teve intensidade de _____________ . E, do instante 2min até 3min, a força eletromotriz na espira teve intensidade igual a_______________ . Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado acima na ordem em que aparecem. A) 3V – 0V – 3V. B) 0V – 3V – 0V. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 167 C) 180V – 0V – 180V. D) 0V – 180V – 0V. E) 90V – 180V – 90V. Comentários A intensidade da força eletromotriz induzida em uma região devido à variação do fluxo magnético é dada pela Lei de Faraday, que diz que a força eletromotriz induzida é igual à variação temporal do fluxo magnético. 𝜀𝑖𝑛𝑑𝑢𝑧𝑖𝑑𝑎 = ∆𝜑𝑚𝑎𝑔 ∆𝑡 Assim, podemos calcular a força eletromotriz induzida em cada um dos três intervalos. O primeiro intervalo vai de 0min a 1min = 60s. 𝜀0 𝑎 1 = 𝜑1 − 𝜑0 𝑡1 − 𝑡0 = 180 − 0 60 − 0 = 180 60 = 3 𝑊𝑏 𝑠 = 3 𝑉 O segundo intervalo vai de 1min a 2min = 120s. 𝜀1 𝑎 2 = 𝜑2 − 𝜑1 𝑡2 − 𝑡1 = 180 − 180 120 − 60 = 0 60 = 0 𝑊𝑏 𝑠 = 0 𝑉 O terceiro intervalo vai de 2min a 3min = 180s. 𝜀2 𝑎 3 = |𝜑3 − 𝜑2| 𝑡3 − 𝑡2 = |0 − 180| 180 − 120 = 180 60 = 3 𝑊𝑏 𝑠 = 3 𝑉 Gabarito: “A” 34. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) O gráfico abaixo apresenta o Fluxo Magnético na região de uma espira circular submetida a um campo magnético com o passar do tempo. A partir do gráfico, pode-se afirmar que surgiu uma Força Eletromotriz Induzida entre os instantes a) 2s e 3s. b) 0s e 1s; 1s e 2s; 3s e 4s. c) 0s e 1s; 1s e 2s. d) 3s e 4s. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 168 Comentários Conforme a Lei de Faraday-Neumann-Lenz, uma Força Eletromotriz induzida surge numa região quando houver VARIAÇÃO do Fluxo Magnético.Portanto, a partir do gráfico, a Fluxo Magnético varia entre os instantes de 0s a 1s, de 1s a 2s e de 3s a 4s. Entre os instantes 2s e 3s, o fluxo permaneceu constante, não induzindo Força Eletromotriz. Gabarito: “B” 35. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) O circuito abaixo está fixo numa região onde existe um Campo Magnético Uniforme B, perpendicular à página e para fora dela. O circuito consiste de uma fonte ideal de força eletromotriz de 3V, um amperímetro ideal e um resistor de 2Ω. Os fios possuem resistência desprezível. O Campo Magnético B está aumentando sua intensidade à taxa de 4Wb/s. Assinale a alternativa correta. a) O amperímetro apresenta uma leitura de 0,5A e a Corrente Elétrica ocorre no sentido horário. b) O amperímetro apresenta uma leitura de 1,5A e a Corrente Elétrica ocorre no sentido anti-horário. c) O amperímetro apresenta uma leitura de 3,5A e a Corrente Elétrica ocorre no sentido anti-horário. d) A Corrente Elétrica será nula. Comentários A fonte oferece 3V de Força Eletromotriz (Fem) no sentido anti-horário. Como o Campo Magnético B, perpendicular e para fora da página, aumenta à taxa de 4Wb/s, uma Força Eletromotriz Induzida surge no circuito de maneira a se opor a este aumento para fora da página. Assim, conforme a Lei de Faraday-Lenz, o circuito acabará submetido a uma Fem induzida no sentido horário de intensidade de 4Wb/s, equivalente a 4V. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 169 Portanto, a Fem resultante sobre o circuito será de 1V no sentido horário: 3V anti-horário devido à fonte e 4V horário devido ao Campo Magnético variável. Assim, podemos utilizar a equação abaixo para calcular a Intensidade de Corrente que percorrerá o circuito: 𝑉 = 𝑅 ⋅ 𝑖 Dados: V=Fem=1V R=2Ω 1 = 2 ⋅ 𝑖 𝑖 = 1 2 = 0,5 𝐴 Portanto, a corrente que circula pelo circuito vale 0,5A no sentido horário Gabarito: “A” 36. (2021/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) Campainhas elétricas são dispositivos que convertem energia elétrica em pulsos sonoros. Em seu interior, as campainhas são formadas de um circuito elétrico inicialmente aberto ligado a um eletroímã. Ao pressionar o botão da campainha, o circuito elétrico é fechado, fazendo percorrer uma corrente elétrica pelo eletroímã. Tal ação gera um campo magnético atraindo um badalo (peça metálica pendente no interior de sinos, campainhas, etc.) que colide em um gongo e, com o auxílio de uma mola, fica oscilando e emitindo som. Quando se solta o botão, o circuito é aberto e o badalo volta a sua posição inicial. O enunciado que explica o porquê de um eletroímã se comportar como um ímã é o da Lei de A) Ampère. B) Ohm. C) Faraday-Lenz. D) Newton. E) Coulomb. Comentários A Lei de Ampère expressa o fato de que, ao ser percorrido por uma corrente elétrica, um fio produz um campo magnético ao seu redor. A Lei de Ohm está relacionada ao fato de resistores terem resistências elétricas constantes, respondendo com correntes elétricas proporcionais às respectivas tensões aplicadas em seus terminais. A Lei de Faraday-Lenz descreve que a força eletromotriz induzida é igual à variação temporal do fluxo magnético em uma região, e se dá no sentido oposto à variação que a produz. 𝜀 = − Δ𝜙 Δ𝑡 As três Leis de Newton descrevem a ação de forças e como elas influenciam no movimento ou na estática de corpos. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 170 A Lei de Coulomb expressa a relação da força eletrostática entre partículas eletricamente carregadas. 𝐹 = k ⋅ Q ⋅ q d2 Gabarito: “A” 37. (2021/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) Quase 70% da Energia Elétrica produzida e distribuída pelo Brasil é proveniente de usinas hidrelétricas. A fim de construir um projeto de uma nova usina hidrelétrica que possua os mesmos equipamentos que a de Itaipu, mas com uma corrente elétrica induzida maior em suas bobinas, qual das medidas abaixo deve ser realizada no novo projeto? A) Substituir os ímãs do gerador por ímãs mais fracos. B) Diminuir a área interna das bobinas do gerador expostas ao campo magnético aplicado sobre elas. C) Aumentar a resistência interna do condutor que constitui as bobinas. D) Diminuir a vazão de água em queda na barragem. E) Aumentar a altura da queda d'água. Comentários A Força Eletromotriz (𝜀) induzida em bobinas é diretamente proporcional à corrente induzida nelas, de acordo com a relação abaixo. Assim, mantendo a mesma resistência e aumentando a f.e.m. induzida, a intensidade da corrente elétrica induzida será também maior. Caso a f.e.m. se mantenha a mesma e a resistência interna do condutor que constitui as bobinas for diminuída, conseguiremos o mesmo efeito. 𝜀 = 𝑅 ⋅ 𝑖 Para aumentar a f.e.m. induzida, podemos variar o fluxo magnético nas bobinas durante um intervalo de tempo menor. Dessa forma, podemos variar qualquer uma das grandezas abaixo para modificar a f.e.m. induzida. 𝜀 = − ∆∅ ∆𝑡 ∅ = 𝐵 ⋅ 𝐴 ⋅ cos(𝜃) Ampliando a altura da queda d’água, haverá maior Energia Potencial Gravitacional se transformando em Energia Cinética, ou seja, a velocidade com que a massa de água chega ao gerador será maior e o fará variar o fluxo magnético mais rapidamente, aumentando a f.e.m. induzida, conforme a Lei de Faraday. 𝜀 = ∆∅ ∆𝑡 Diminuir a vazão da água não solucionará o problema, pois diminuirá a quantidade de energia gerada. Caso os ímãs do projeto sejam substituídos por ímãs mais fracos, o fluxo de t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 171 campo magnético B ao qual as bobinas estão expostas diminuiria. O mesmo ocorreria para o fluxo de campo magnético dentro das bobinas caso sua área interna diminuísse. Gabarito: “E” 38. (2021/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) "O motor de corrente alternada é muito comum em processos e equipamentos industriais. É um motor mais econômico, tem fácil manutenção e ainda atende à maioria das indústrias, visto que a corrente elétrica mais comum é a alternada. O motor de corrente alternada funciona a partir da variação cíclica da corrente elétrica em relação à intensidade e direção, ao contrário do que acontece com a corrente contínua. A corrente elétrica em forma de corrente alternada foi testada pela primeira vez ao ligar duas cidades do estado de Nova York por uma rede de transmissão, que aliás funcionou de forma muito eficiente e, desde então, tem sido usada para transmitir a energia elétrica das companhias elétricas para as indústrias, casas e comércios." Fonte: https://www.eletrovalmotores.com.br/motor-corrente-alternada Um aparelho elétrico que possui um motor de corrente alternada gera uma tensão V máxima e uma corrente elétrica de curto-circuito i. Neste motor, há um par de ímãs permanentes que geram um campo magnético B ao girarem em volta de um fio metálico de diâmetro D enrolado formando uma bobina de N espiras que possui uma área A. Para quadruplicar o valor de i, mantendo a tensão constante, deve-se A) quadruplicar a área das espiras. B) quadruplicar a intensidade do campo magnético dos ímãs. C) duplicar o diâmetro D do filamento. D) diminuir pela metade a frequência de giro dos ímãs. E) diminuir quatro vezes o número de espiras. Comentários Para variar a intensidade da corrente elétrica devemos modificar apenas a resistência do fio. Pela definição de Resistência Elétrica, a corrente e a resistência devem ser inversamente proporcionais dado uma Tensão V constante. 𝑉 = 𝑅 ⋅ 𝑖 De acordo com a Segunda Lei de Ohm, ao se duplicar o diâmetro do filamento, o raio também duplicará, o que faz a área de seção aumentar 4 vezes e, consequentemente, fazendo a resistência elétrica reduzir quatro vezes.𝑅 = 𝜌 ⋅ 𝐿 𝐴 𝐴 = 𝜋 ⋅ 𝑟2 𝑅 = 𝜌 ⋅ 𝐿 𝜋 ⋅ ( 𝑟 2) 2 = 4 ⋅ 𝜌 ⋅ 𝐿 𝜋 ⋅ 𝑟2 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 172 Assim, diminuindo quatro vezes o valor da resistência do fio, a corrente elétrica que o percorre irá quadruplicar, sem interferir na tensão elétrica. Para manter V constante, de acordo com a equação da variação do fluxo magnético, não devemos variar a intensidade do campo magnético B, o que faria com que a corrente elétrica mudasse, nem a área das espiras A, muito menos a rapidez de rotação. Para aumentar a intensidade da corrente elétrica poderíamos aumentar a intensidade do campo magnético dos ímãs, mas isso faria com que a tensão também aumentasse, conforme a Lei de Faraday e Lenz. 𝜀 = − ∆𝜙 ∆𝑡 𝜙 = 𝐵 ⋅ 𝐴 ⋅ cos(𝜃) Outras mudanças que fariam com que a tensão crescesse seria a de aumentar a frequência de giro ou aumentar a área das espiras, o que não é desejado. Caso o número de espiras diminua quatro vezes, a resistência elétrica diminuirá, como desejado, devido à redução no comprimento do fio, mas a tensão também diminuirá. Gabarito: “C” 39. (2021/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) Em relação ao fenômeno de indução eletromagnética, onde o surgimento de correntes elétricas depende da variação de um fluxo magnético, assinale a alternativa correta. A) A corrente elétrica induzida é inversamente proporcional à variação do fluxo magnético. B) Uma força eletromotriz induzida por um fluxo magnético variável será maior se a mesma variação de fluxo ocorrer em um menor intervalo de tempo. C) O fluxo magnético através de uma espira induz o surgimento de uma corrente elétrica que é diretamente proporcional à área da espira. B) Uma força eletromotriz induzida por um fluxo magnético variável será maior se a mesma variação de fluxo ocorrer em um maior intervalo de tempo. E) Ao aproximar ou afastar um imã de um corpo, induzimos o surgimento de uma corrente elétrica. Comentários A Força Eletromotriz induzida, conforme a Lei de Faraday e Lenz, é igual à variação temporal do fluxo magnético numa região, e se dá no sentido oposto à variação que a induz. 𝜀 = − ∆𝜑 ∆𝑡 Assim, temos que a 𝑓𝑒𝑚 induzida é diretamente proporcional à variação de fluxo magnético e inversamente proporcional à variação do tempo. Desta forma, quanto mais rapidamente (em menor tempo) uma variação de fluxo ocorrer, maior será a força eletromotriz induzida na região. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 173 Somente se ter um fluxo magnético não é suficiente para que uma força eletromotriz surja. Conforme a Lei de Faraday-Lenz, é necessário que ocorra uma variação desse fluxo para que se estabeleça uma força eletromotriz. Além disso, ao se estabelecer uma 𝑓𝑒𝑚 induzida em uma região, não necessariamente teremos corrente elétrica, pois corrente elétrica depende do movimento de deriva de partículas eletricamente carregadas no interior de alguma material, de forma que, se esta força eletromotriz for estabelecida no vácuo ou ela não for intensa o suficiente para estabelecer uma corrente em algum material isolante, por exemplo, teremos força eletromotriz induzida, mas não teremos corrente elétrica. Se o material for condutor, daí sim podemos dizer que teremos uma corrente elétrica, pois, como os metais possuem elétrons livres, por menor que seja uma força eletromotriz, teremos um movimento de deriva desses elétrons livres. Gabarito: “B” 40. (2021/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) “Apesar da sua praticidade e inovação, carregadores sem fio de celular já tiveram sua eficiência colocada em xeque. Agora, um estudo afirma que seu uso massivo seria capaz de gerar uma crise de energia global. Essa constatação é de um levantamento da publicação OneZero e da IFixit, empresa especializada em informações sobre reparos de eletrônicos. O motivo para esse risco está na ineficiência desse tipo de carregador: segundo o teste das duas empresas, um carregador sem fio gasta 47% mais energia do que um com fio, para carregar a bateria de um smartphone do zero até 100%.” Adaptado. Fonte: https://www.uol.com.br/tilt/noticias/redacao/2020/09/19/se-todo- mundo-usar-carregadores-sem-fio-vamos-causar-uma-crise-energetica.htm Os fogões por indução e os carregadores sem fio de celular funcionam da mesma maneira. Ambos não precisam se conectar diretamente, bastando aproximar a panela ao fogão ou o aparelho celular ao carregador que exercerão sua função: aquecer e carregar. O princípio por trás disso é simples e é regido pela Lei de Faraday-Lenz. Portanto, pode-se dizer que A) o carregador envia cargas magnéticas para o celular devido a ação da força magnética atuante sobre elas. B) o campo magnético produzido pelo carregador do celular gera uma diferença de potencial na bateria do celular. C) o campo elétrico produzido pelo carregador de celular induz uma força eletromotriz e uma corrente elétrica no circuito do celular. D) uma corrente contínua percorre o carregador do celular induzindo a mesma corrente elétrica no sentido contrário no celular. E) o carregador de celular gera um campo magnético variável que induz uma força eletromotriz e uma corrente elétrica no circuito do celular. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 174 Comentários O fluxo magnético que percorre uma espira depende da intensidade do campo magnético, da área da espira e do ângulo entre estas duas grandezas. ∅ = 𝐵 ⋅ 𝐴 ⋅ cos(𝜃) Ao variar qualquer uma dessas três grandezas, uma força eletromotriz induzida surge nos terminais da espira, conforme a Lei de Faraday – Lenz. 𝜀 = − ∆∅ ∆𝑡 De acordo com a Lei de Faraday-Lenz, uma corrente elétrica alternada percorrerá as bobinas do carregador do celular variando o campo magnético produzido por elas. Esse campo magnético variável induzirá uma força eletromotriz no circuito do celular induzindo, também, uma corrente elétrica que carrega a bateria. Gabarito: “E” 41. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) Um pequeno ímã, abandonado, cai no interior de um tubo de material condutor não ferromagnético, posicionado verticalmente. Observa-se que, em poucos instantes, ele atinge a velocidade terminal de queda, seguindo, portanto, com velocidade constante até se aproximar da saída do cano. A figura apresenta o instante em que um ímã atinge a velocidade terminal (da ordem de poucos milímetros por segundo) durante sua queda no interior de um tubo de cobre. Qual das alternativas abaixo apresenta corretamente os vetores das forças relevantes exercidas sobre o ímã neste instante? t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 175 a) b) c) d) e) Comentários Quando um corpo se move com velocidade constante, segundo a Mecânica Newtoniana, todas as forças exercidas sobre ele devem se equilibrar, de maneira que a resultante das forças seja nula. Um ímã em queda no interior de um tubo metálico não ferromagnético fica submetido a duas forças que se equilibram: a força gravitacional, vertical para baixo, e a força eletromagnética, vertical para cima. Gabarito: “B” 42. (2020/ESTRATÉGIA VESTIBULARES/Prof. Henrique Goulart) Um transformador é um dispositivo eletrônico capaz de modificar os níveis de tensão elétrica entre dois terminais: o primário, de entrada, e o secundário, de saída. Sobre esses dispositivos, é correto afirmar que A) Um transformador ideal tem a potência demandada no primário igual à do secundário, onde um aumento da corrente no secundário demanda um consequente t.me/CursosDesignTelegramhubESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 176 aumento da corrente no primário. Já um transformador real tem sua potência de saída menor que a potência de entrada, não violando o Princípio de Conservação de Energia. B) Um transformador ideal tem a potência demandada no primário maior que a do secundário, pois o secundário tem maior quantidade de espiras. A razão entre as potências no secundário e no primário é respectivamente igual à razão entre os números de espiras nos enrolamentos. C) Um transformador ideal tem a potência demandada no primário maior que a do secundário, proporcional ao número de espira, onde um aumento da corrente no secundário demanda uma consequente redução da corrente no primário. Já um transformador real tem sua potência de saída menor que a potência de entrada, não respeitando o Princípio de Conservação de Energia. D) Um transformador ideal tem a corrente demandada no primário maior que a do secundário, pois o secundário tem maior quantidade de espiras. A razão entre as potências no secundário e no primário é respectivamente igual à razão inversa entre os números de espiras nos enrolamentos. E) Um transformador ideal tem a potência demandada no primário menor que a do secundário, onde um aumento da corrente no secundário demanda uma consequente redução da corrente no primário. Já um transformador real tem sua potência de saída menor que a potência de entrada, respeitando o Princípio de Conservação de Energia. Comentários: Para um transformador ideal, a potência elétrica de entrada no primário tem que ser igual à potência elétrica de saída no secundário. Como as tensões totais no primário e no secundário permanecem as mesmas e a potência desenvolvida depende diretamente das tensões e correntes eficazes, um aumento de corrente no secundário demandará um aumento de corrente também no primário, mantendo as potências desenvolvidas na saída iguais às da entrada. 𝑃𝑝𝑟𝑖𝑚á𝑟𝑖𝑜 = 𝑃𝑠𝑒𝑐𝑢𝑛𝑑á𝑟𝑖𝑜 𝑖1 ⋅ 𝑉1 = 𝑖2 ⋅ 𝑉2 Para um transformador real, a potência de saída acaba sendo menor que a potência de entrada, pois existem perdas energéticas no próprio dispositivo. O Princípio de Conservação de Energia jamais é violado nesses equipamentos. A razão entre as tensões no secundário e primário é respectivamente igual à razão entre os números de espiras nos enrolamentos. 𝑉2 𝑉1 = 𝑁2 𝑁1 Gabarito: “A” t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 177 CONSIDERAÇÕES FINAIS Faaaaala, guerreira! Faaaaala, guerreiro! Você acabou de finalizar mais uma aula do nosso curso! Lembre-se que, além desse Livro Digital em PDF, você tem disponíveis todos os outros recursos oferecidos pelo Estratégia Vestibulares, como as Videoaulas, o Fórum de Dúvidas, as Salas VIP, os Resumos Estratégicos, os Mapas Mentais, os conteúdos de Reta Final, além das Aulas ao Vivo e Webinários. Tudo isso para proporcionar a melhor preparação para a aprovação imediata! Não esqueça que estarei sempre à disposição, principalmente via redes sociais, para trilhar com você o caminho até a aprovação! Prepara o café e o chocolate e até a próxima! Super abraço do Prof. Henrique Goulart. Prepara o café e o chocolate e até a próxima! t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES FÍSICA – PROF. HENRIQUE GOULART 178 VERSÕES DA AULA Caro aluno! Para garantir que o curso esteja atualizado, sempre que alguma modificação ou correção no conteúdo da aula for necessária, uma nova versão será disponibilizada. • Versão 1: 30/03/2023. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS • HEWITT, Paul G. Física Conceitual. 13.ed. Tradução de Trieste Ricci. Porto Alegre: Bookman, 2002. • HEWITT, Paul G. Fundamentos de Física Conceitual. 1.ed. Tradução de Trieste Ricci. Porto Alegre: Bookman. • GASPAR, Alberto. Física. 2.ed. São Paulo: Editora Ática, 2009, Todos os Volumes. • MÁXIMO, Antônio; ALVARENGA, Beatriz. Curso de Física. 5.ed. São Paulo: Scipione, 2000, Todos os Volumes. • RESNICK, HALLIDAY, Jearl Walker. Fundamentos de Física. 10ª ed. LTC. Todos os Volumes. t.me/CursosDesignTelegramhub