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Física Magnetismo – Lei de Faraday Ilan Rodrigues.

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1 Física Magnetismo – Lei de Faraday Ilan Rodrigues

2 01. EXPERIÊNCIA DE ÖERSTED i N S _ + i i N S Corrente Elétrica Campo Magnético

3 02. FLUXO MAGNÉTICO (φ ) B 2.1 Area Oblíqua a Direção do Campo Magnético A Φ = B. A. cosθ θ Unidades: (SI) Φ = 1. T. m 2 Φ = 1 Wb (weber) (CGS) Φ = 1. g. cm 2 Φ = 1 Mx (maxwell) 1 Wb = 10 8 Mx

4 02. FLUXO MAGNÉTICO (φ ) B 2.2 Area Na Mesma Direção Do Campo Magnético A Φ = B. A. cos Φ = B. A B 2.3 Area Perpendicular ao Campo Magnético A Φ = B. A. cos Φ = 0

5 03. FORÇA ELETROMOTRIZ INDUZIDA ( ε ) A força eletromotriz induzida (fem) em um circuito fechado é determinada pela taxa de variação do fluxo magnético que atravessa o circuito. N S R Ch Circuito Aberto Não há corrente elétrica i

6 03. FORÇA ELETROMOTRIZ INDUZIDA ( ε ) A força eletromotriz induzida (fem) em um circuito fechado é determinada pela taxa de variação do fluxo magnético que atravessa o circuito. N S R Ch Circuito Fechado Corrente elétrica i

7 03. FORÇA ELETROMOTRIZ INDUZIDA ( ε ) A força eletromotriz induzida (fem) em um circuito fechado é determinada pela taxa de variação do fluxo magnético que atravessa o circuito. N S R Ch Circuito Fechado Corrente elétrica i ε = R. i

8 03. LEI DE FARADAY ( ε ) ε = - ΔΦ ΔTΔT A força eletromotriz induzida (ε) é decorrente da variação do fluxo magnético ( Δ Φ) em função do intervalo de tempo ( Δ t) utilizado nessa variação. 04. LEI DE LENZ Movimentação da espira Corrente elétrica contínua Campo Magnético Aproximação da espiraAfastamento da espira

9 NS Aproximação da Espira V i i Corrente Elétrica no Sentido Anti-horário 04. LEI DE LENZ N S S N

10 N S NS Afastamento da Espira V i i Corrente Elétrica no Sentido Horário 04. LEI DE LENZ N S

11 Aprendendo um pouco mais...

12 01. (UNIVALI) Leia o texto. O cartão magnético Na tarja magnética de um cartão de crédito estão gravadas as informações do cliente. Essa tarja é constituída por um composto de ferro que é magnetizado em determinadas regiões. Assim, uma sequência de regiões magnetizadas/não magnetizadas, como minúsculos ímãs, é convertida em um código com as informações pessoais. O leitor desse código consiste em espiras de fio condutor, onde é induzida uma força eletromotriz pelos minúsculos ímãs, enquanto o cartão é movimentado. Esse princípio, o da indução de força eletromotriz, é mais bem explicado pela: a) conservação da carga elétrica. b) conservação da energia. c) indução eletrostática. d) variação do fluxo magnético. e) Lei de Coulomb.

13 02. (UFRN) Leia o texto e, em seguida, responda à questão. O detector de metais Um certo detector de metais manual usado em aeroportos consiste em uma bobina e em um medidor de campo magnético. Na bobina, circula uma corrente elétrica que gera um campo magnético conhecido, chamado campo de referência. Quando o detector é aproximado de um objeto metálico, o campo magnético registrado no medidor torna-se diferente do campo de referência, acusando, assim, a presença de algum metal. A explicação para o funcionamento do detector é:

14 a) a variação do fluxo do campo magnético, através do objeto metálico, induz nesse objeto correntes elétricas que geram um campo magnético total diferente do campo de referência. b) a variação do fluxo do campo elétrico, através do objeto metálico, induz nesse objeto uma densidade não-nula de cargas elétricas que gera um campo magnético total diferente do campo de referência. c) a variação do fluxo do campo elétrico, através do objeto metálico, induz nesse objeto correntes elétricas que geram um campo magnético total diferente do campo de referência. d) a variação do fluxo do campo magnético, através do objeto metálico, induz nesse objeto uma densidade não-nula de cargas elétricas que gera um campo magnético total diferente do campo de referência.

15 03. (EFEI-MG) Na figura a seguir, tem-se um campo magnético uniforme, de intensidade 0,40 T, perpendicular ao plano do papel. Nesse plano, está uma espira cujo comprimento pode aumentar ou diminuir. Em 0,10 s, verifica-se que a área passa do valor A 1 = 1,20 cm 2 para o valor A 2 = 0,30 cm 2. Calcule a f.e.m. induzida na espira e indique, em um esquema, o sentido da corrente induzida.

16 04. (UNICAMP) O princípio de funcionamento dos detectores de metais utilizados em verificações de segurança é baseado na lei de indução de Faraday. A força eletromotriz induzida por fluxo do campo magnético variável através de uma espira gera uma corrente. Se um pedaço de metal for colocado nas proximidades da espira, o valor do campo magnético será alterado, modificando a corrente na espira. Essa variação pode ser detectada e usada para reconhecer a presença de um corpo metálico na sua vizinhança. a) Considere que o campo magnético B atravessa perpendicularmente a espira e varia no tempo, segundo a figura. Se a espira tem raio de 2 cm, qual é a força eletromotriz induzida? b) A espira é feita de um fio de cobre de 1 mm de raio e a resistividade do cobre é ρ = 2 · 10 –8 ohm · metro. A resistência de um fio é dada por R = ρ.L/A, onde L é o seu comprimento e A é a área de sua seção reta. Qual é a corrente na espira?

17 NS

18 02. FLUXO MAGNÉTICO (φ ) B 2.1 Area Perpendicular ao Campo Magnético A Φ = B. A. cos Φ = 0

19 I. II. III. IV. V. Próton ( ) Neutrôn ( ) Elétron ( ) Pósitron ( ) Alfa α ( ) + 0 M M m - m M IV V I III II CARGAS LANÇADAS EM UM CAMPO MAGNÉTICO

20 11. Um elétron com velocidade inicial v 0 atravessa sucessivamente as regiões I, II, e III da figura adiante, terminando o trajeto com velocidade v > v 0. Que tipo de campo é aplicado em cada região e com que direção e sentido? Movimento Acelerado EIEI FmFm B II Movimento Acelerado E III - - -

21 d) Na região I, o vetor campo elétrico se dirige para baixo; na região II, o vetor campo magnético está saindo perpendicularmente ao plano da figura; na região III, o vetor campo elétrico se dirige para cima.

22 02. FORÇA MAGNÉTICA SOBRE UM FIO CONDUTOR RETO B i x FmFm FmFm = q. v. B q = i. Δt L v= L ΔtΔt FmFm =. B i. Δt. L ΔtΔt FmFm = B. i. L 2.1 Fio Perpendicular ao Campo Magnético

23 02. FORÇA MAGNÉTICA SOBRE UM FIO CONDUTOR RETO 2.2 Fio Oblíquo ao Campo Magnético B i x FmFm L θ FmFm = B. i. L. sen θ

24 02. FORÇA MAGNÉTICA SOBRE UM FIO CONDUTOR RETO B i L 2.3 Fio Paralelo à direção do Campo Magnético FmFm = B. i. L. sen θ FmFm = B. i. L. sen FmFm = 0 FmFm = 0

25 01. Um condutor de comprimento L, percorrido por uma corrente i, está imerso em um campo de indução magnética B uniforme. O condutor fica sujeito a uma força F, conforme indica a figura. Assinale a alternativa falsa. a) Se B tiver seu sentido invertido, o sentido de F também se inverte. b) O sentido da força F mostrado na figura está errado. c) O sentido da força F será invertido se a corrente i inverter o sentido. d) A força F tem sua intensidade proporcional à intensidade da corrente i. e) A força F tem sua intensidade proporcional à intensidade da indução magnética B .

26 02. Um fio, com comprimento de 10 cm, é percorrido por uma corrente de 2 A e está colocado em uma região onde existe um campo magnético uniforme B = 0,4 T em duas situações, mostradas nas figuras 1 e 2 a seguir. As forças magnéticas que atuam no fio, nos casos 1 e 2, valem, respectivamente: a) 0 N e 8 · 10 –7 N. b) 8 · 10 –2 N e 8 · 10 –2 N. c) 0 N e 8 · 10 –2 N. d) 8 · 10 –1 N e 8 · 10 –1 N. e) 0 N e 8 N. FmFm = B. i. L FmFm = 0, ,1 FmFm = 0,08 FmFm = N

27 03. Um fio condutor retilíneo, de 50 cm de comprimento, é colocado em uma região em que há um campo magnético uniforme, de módulo B = 2,0 · 10 –1 T, perpendicular ao fio. Uma corrente de 1,0 A atravessa esse fio. (Considere g = 10 m/s 2.) A intensidade da força magnética que atua sobre o fio é correspondente ao peso de um corpo de massa: a) 10 g b) 20 g c) 50 g d) 70 g e) 80 g P = FmFm m. g = B. i. L m. 10 = ,5 m = kg m = g m = 10 g

28 FÍSICA DO COTIDIANO: MOTOR ELÉTRICO - Ventilador - Automóvel - Batedeira - Elevador

29 N S B i i i i i FmFm X FmFm

30 14. A figura mostra um conjunto de espiras A presas no eixo B, feito de material isolante. As espiras estão imersas em um campo magnético permanente produzido pelos ímãs C. As extremidades das espiras estão em contato com o circuito elétrico D, que contém uma lâmpada. Imprimindo-se um movimento rotatório ao eixo B, observa-se que a lâmpada no circuito se acende. Esse fenômeno mostra a transformação sucessiva de: a) energia mecânica em energia elétrica e desta em energia luminosa. b) energia mecânica em energia magnética e desta em energia cinética. c) energia magnética em energia potencial e desta em energia cinética. d) energia potencial em energia mecânica e desta em energia magnética. e) energia elétrica em energia luminosa e desta em energia térmica.

31 03. FORÇA MAGNÉTICA SOBRE FIOS PARALELOS i1i1 i2i2 B1B1 B2B2 F 2,1 X F 1,2 d = F 2,1 FmFm = B. i. L FmFm = B1B1. i 2. L B =. i 2πd2πd μ0μ0 FmFm =. i 2. L. i 1 2 π d μ0μ0 FmFm =. i2. i2. L. i 1 2 π d μ0μ0

32 i1i1 i2i2 B1B1 B2B2 F 2,1 X F 1,2 ATRAÇÃO I. Correntes no Mesmo Sentido i1i1 i2i2 B1B1 B2B2 F 1,2 X F 2,1 REPULSÃO II. Correntes em Sentidos Contrários X

33 04. Um fio retilíneo está totalmente imerso em um campo magnético de indução de intensidade 0,8 T. Sabendo que o fio está colocado perpendicularmente às linhas de indução desse campo, a força magnética que age sobre cada metro desse fio quando ele é percorrido por uma corrente elétrica de intensidade 5 A tem módulo de: a) 0 N b) 1 N c) 2 N d) 3 N e) 4 N FmFm = B. i. L FmFm = 0, FmFm = 4,0 N

34 06. Dois fios paralelos, percorridos por correntes elétricas de intensidades diferentes, estão se repelindo. Com relação às correntes nos fios e às forças magnéticas com que um fio repele o outro, é correto afirmar que: a) as correntes têm o mesmo sentido e as forças têm módulos iguais. b) as correntes têm sentidos contrários e as forças têm módulos iguais. c) as correntes têm o mesmo sentido e as forças têm módulos diferentes. d) as correntes têm sentidos contrários e as forças têm módulos diferentes.

35 Dois fios condutores, retilíneos e extensos estão no vácuo (μ 0 =4π·10 –7 T.m/A), dispostos paralelamente um ao outro, distanciados em 10 cm. Quando em cada um deles passa uma corrente elétrica de intensidade 10 A, ambas no mesmo sentido, a cada metro de comprimento, os fios: a) se atraem com uma força de intensidade 2 · 10 –6 N. b) se atraem com uma força de intensidade 2 · 10 –4 N. c) se repelem com uma força de intensidade 2 · 10 –6 N. d) se repelem com uma força de intensidade 2 · 10 –4 N. e) se atraem ou se repelem, dependendo do material que os constitui, com uma força de intensidade 2 · 10 –4 N. FmFm =. i 2. L. i 1 2 π d μ0μ0 FmFm = π 4π·10 – FmFm = 2·10 –4 N

36 Na figura a seguir, nota-se um trecho de circuito PQ, de comprimento L = 0,20 m, percorrido por corrente elétrica de intensidade i = 20 A, e sujeito a um campo uniforme de intensidade B = 5,0 · 10 –3 T. O trecho do condutor forma com o campo o ângulo de 30°. A força que o campo exerce sobre o trecho do condutor aplica-se ao ponto médio do segmento PQ e é: B FmFm FmFm = B. i. L. sen θ FmFm = ,2.0,5 FmFm = ,2.0,5 FmFm = N


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