O que você deve saber sobre

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1 O que você deve saber sobre
Fis-cad-2-top-9 – 3 Prova O que você deve saber sobre INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA O uso de motores elétricos e circuitos de corrente alternada revolucionou a sociedade moderna. Hoje, seu uso é tão disseminado que é difícil imaginar a vida sem eletricidade. Neste tópico, vamos revisar a base de funcionamento de transformadores e motores de corrente alternada: a indução eletromagnética.

2 Fis-cad-2-top-9 – 3 Prova I. Fem induzida Barra condutora AB deslocando-se para a direita com velocidade constante v, numa região sujeita a um campo magnético B perpendicular ao vetor velocidade e entrando no plano do papel.    Os elétrons livres da barra ficam então sujeitos a uma força magnética de direção paralela à barra e sentido de A para B.  A extremidade A fica carregada positivamente, e a B, negativamente.  As cargas continuam a se concentrar nas extremidades até que se estabeleça um equilíbrio.  Há um campo elétrico vertical para baixo, e igualdade de módulo entre a força magnética para baixo e a força elétrica para cima.  Entre os terminais da barra, há uma fem induzida. INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA

3 I. Fem induzida Se a barra tem comprimento L, a fem induzida vale:
Fis-cad-2-top-9 – 3 Prova I. Fem induzida Se a barra tem comprimento L, a fem induzida vale: INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA

4 Fis-cad-2-top-9 – 3 Prova II. Fluxo magnético A indução, descrita por Faraday, depende de três fatores:  intensidade B do campo magnético;  área A a ser atravessada pelas linhas;  ângulo θ entre as linhas de campo e a normal à superfície considerada: INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA

5 Casos de variação do fluxo magnético
Fis-cad-2-top-9 – 3 Prova II. Fluxo magnético Casos de variação do fluxo magnético  Variação na intensidade do campo B ANDREW LAMBERT PHOTOGRAPHY/SCIENCE PHOTO LIBRARY/LATINSTOCK Enquanto o ímã cai por entre as espiras da bobina, há variação na intensidade do campo magnético induzido na espira. Isso pode ser observado no osciloscópio. INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA

6 Fis-cad-2-top-9 – 3 Prova II. Fluxo magnético Variação na área A atravessada pelas linhas de campo Variação no ângulo θ entre as linhas de campo e a superfície A área da espira retangular CDEF, efetivamente atravessada pelas linhas de campo, é reduzida de acordo com o movimento para a direita. Professor: utilize a animação como um resumo sobre indução eletromagnética. A espira retangular gira na região de influência do campo magnético, variando continuamente o ângulo determinado pelas linhas de campo e a normal à superfície da espira. Indução eletromagnética Clique aqui para ver a animação. INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA

7 III. Lei de Faraday Lei de Lenz
Fis-cad-2-top-9 – 3 Prova III. Lei de Faraday Lei de Lenz O sinal negativo na expressão da lei de Faraday descreve um resultado conhecido como lei de Lenz: “A corrente induzida em um circuito aparece sempre com um sentido tal que o campo magnético criado tende a contrariar a variação do fluxo magnético através da espira”. O ímã em [A] se afasta da espira, e o sentido da corrente, de acordo com a regra da mão direita, é horário, para compensar (naturalmente) a diminuição do fluxo magnético. Em [B], o sentido da corrente induzida é anti-horário, para reverter o aumento do fluxo para baixo. INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA

8 Correntes de Foucault: são induzidas em condutores maciços.
Fis-cad-2-top-9 – 3 Prova III. Lei de Faraday Correntes de Foucault: são induzidas em condutores maciços. Quando o paralelepípedo entra por completo na região do campo magnético, exibe dois conjuntos de correntes de Foucault, que giram em sentidos opostos. Podem atingir grande intensidade com grande dissipação de energia na forma de calor. POWERED BY LIGHT/ALAN SPENCER/ ALAMY/OTHER IMAGES Em velocímetros analógicos de automóveis, quando o eixo do carro gira, ele aciona ímãs que produzem pequenas correntes elétricas e campos magnéticos, que movimentam o ponteiro indicador de velocidade. INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA

9 IV. Correntes alternadas
Fis-cad-2-top-9 – 3 Prova IV. Correntes alternadas São correntes induzidas com sentidos alternantes, provocadas, por indução eletromagnética, pelo funcionamento de motores elétricos mediante a rotação de espiras em regiões atravessadas por campos magnéticos, em movimentos de vaivém. Podemos dizer que a expressão geral da corrente i depende do seu valor máximo e de uma função trigonométrica. A variação pode ser senoidal: em que  = 2f é a pulsação, f é a frequência com que a corrente varia no tempo, e t, o instante considerado. INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA

10 IV. Correntes alternadas
Fis-cad-2-top-9 – 3 Prova IV. Correntes alternadas Gráfico corrente X fase, exibindo variação senoidal da função. Valor eficaz da corrente INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA

11 IV. Correntes alternadas
Fis-cad-2-top-9 – 3 Prova IV. Correntes alternadas Transformadores São dispositivos usados para modificar uma ddp alternada. A relação entre a ddp no primário UP e a ddp do secundário US depende exclusivamente da razão entre o número de espiras entre as bobinas: INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA

12 c) não haverá corrente elétrica induzida no fio, tal que VC = VD.
Fis-cad-2-top-9 – 3 Prova 2 (Ufal) Um fio metálico tem suas extremidades unidas formando um retângulo plano (ver figura). Um resistor ôhmico no fio tem resistência R, e os potenciais em suas extremidades C e D são denotados por VC e VD. Num dado instante, um campo magnético uniforme de módulo B é ligado em todo o espaço, com direção perpendicular ao plano do fio e sentido indicado na figura (⊗). Nesse contexto, pode-se afirmar que: a) a corrente elétrica induzida no fio terá sentido horário, tal que VC > VD. b) a corrente elétrica induzida no fio terá sentido horário, tal que VC < VD. c) não haverá corrente elétrica induzida no fio, tal que VC = VD. d) a corrente elétrica induzida no fio terá sentido anti-horário, tal que VC > VD. e) a corrente elétrica induzida no fio terá sentido anti-horário, tal que VC < VD. EXERCÍCIOS ESSENCIAIS RESPOSTA: D Após a ligação do campo, há um aumento de fluxo para entrar na página. Pela lei de Lenz, a corrente deve provocar diminuição do campo nesse sentido. Para tanto, a corrente deve fluir no sentido anti-horário. A corrente vai de C para D. Há queda de potencial de C para D, o que significa que VC > VD. INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA – NO VESTIBULAR

13 Indução eletromagnética
Fis-cad-2-top-9 – 3 Prova Indução eletromagnética Clique na imagem para ver a animação. Professor: utilize a animação para mostrar como ela está presente em aparelhos e motores elétricos. INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA – NO VESTIBULAR

14 Desprezando-se todos os atritos mecânicos, pode-se afirmar que:
Fis-cad-2-top-9 – 3 Prova 4 (PUC-MG) A figura mostra um plano inclinado sobre o qual se coloca um ímã no ponto A, que desliza livremente em direção a B. No trajeto, ele passa através de uma espira circular, ligada a um voltímetro V. EXERCÍCIOS ESSENCIAIS Desprezando-se todos os atritos mecânicos, pode-se afirmar que: a) haverá uma diferença de potencial (ddp) induzida na bobina apenas nos momentos de entrada e saída do ímã através da espira. b) o voltímetro não vai acusar nenhuma ddp, porque a espira não está ligada a nenhuma pilha ou bateria. c) durante toda a passagem do ímã através da espira, o voltímetro vai acusar leituras da ddp induzida. d) o voltímetro somente acusaria a leitura de uma ddp induzida na espira se houvesse atrito entre o ímã e o plano inclinado, fazendo com que o ímã passasse através da espira com velocidade constante. RESPOSTA: C O fluxo magnético varia durante todo o movimento de descida do ímã: ele aumenta até chegar à espira e depois diminui. Logo, há ddp induzida em todo o trajeto de A a B. INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA – NO VESTIBULAR

15 De acordo com a lei de Faraday, é correto afirmar que:
Fis-cad-2-top-9 – 3 Prova 5 (Ufal) A figura ilustra um fio condutor e uma haste metálica móvel sobre o fio, colocados numa região de campo magnético uniforme espacialmente (em toda a região cinza da figura), com módulo B, direção perpendicular ao plano do fio e da haste e sentido indicado. Uma força de módulo F é aplicada na haste, e o módulo do campo magnético aumenta com o tempo. De acordo com a lei de Faraday, é correto afirmar que: a) o aumento de B com o tempo tende a gerar uma corrente no sentido horário, enquanto a ação da força F tende a gerar uma corrente no sentido anti-horário. b) o aumento de B com o tempo tende a gerar uma corrente no sentido anti-horário, enquanto a ação da força F tende a gerar uma corrente no sentido horário. EXERCÍCIOS ESSENCIAIS INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA – NO VESTIBULAR

16 RESPOSTA: C O aumento do campo provoca aumento no fluxo
Fis-cad-2-top-9 – 3 Prova 5 c) ambos, o aumento de B com o tempo e a ação da força F, tendem a gerar uma corrente no sentido horário. d) ambos, o aumento de B com o tempo e a ação da força F, tendem a gerar uma corrente no sentido anti-horário. e) a ação da força F tende a gerar uma corrente no sentido horário, enquanto o aumento de B com o tempo não tem influência sobre o sentido da corrente gerada. EXERCÍCIOS ESSENCIAIS RESPOSTA: C O aumento do campo provoca aumento no fluxo magnético e, por isso, gera corrente induzida na haste. O campo aumenta na direção normal à folha, saindo da página. Pela lei de Lenz, a corrente induzida deve ter sentido tal que provoque variação inversa no campo magnético. Isso é obtido com uma corrente no sentido horário. A ação da força também aumenta o fluxo, pelo aumento da área do circuito imersa no campo magnético. Assim, a corrente induzida também deve ter sentido horário, para compensar o aumento. INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA – NO VESTIBULAR

17 Fis-cad-2-top-9 – 3 Prova 9 (Unimontes-MG) O fluxo magnético através de uma bobina varia com o tempo, de acordo com o gráfico mostrado a seguir. Sabe-se que a bobina constitui um circuito fechado, cuja resistência é igual a 10 Ω. Determine o valor da corrente elétrica no intervalo entre t = 0,3 s e t = 0,4 s. a) 4 A c) 3 A b) 2 A d) 1 A EXERCÍCIOS ESSENCIAIS RESPOSTA: A INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA – NO VESTIBULAR