F193ª série do Ensino Médio10 exercíciosSimulador autoral
Corrente elétrica cria campo magnético, e campo magnético variando cria corrente. É essa ida e volta que faz funcionar motores, geradores de usinas, transformadores e carregadores sem fio. No simulador você aproxima e afasta um ímã de uma bobina e vê o fluxo, a força eletromotriz induzida e o sentido da corrente no galvanômetro.
Antes, convém saber: Eletrodinâmica
Todo ímã tem polo norte e polo sul; polos de mesmo nome se repelem e de nomes diferentes se atraem. Os polos são inseparáveis: quebrando um ímã, cada pedaço vira um ímã completo. Fora do ímã, as linhas de campo saem do norte e entram no sul, e por dentro voltam do sul para o norte (são fechadas). A unidade do campo $\vec B$ é o tesla (T). A Terra é um grande ímã, com o polo sul magnético perto do norte geográfico.
Oersted mostrou que corrente cria campo magnético. Fio retilíneo longo: $B=\frac{\mu_0\,i}{2\pi d}$, linhas circulares em torno do fio (regra da mão direita: polegar na corrente, dedos dão o sentido de $\vec B$). Centro de uma espira: $B=\frac{\mu_0\,i}{2R}$. Solenoide: $B=\mu_0\,\frac{N}{L}\,i$, uniforme no interior. Use $\mu_0=4\pi\times10^{-7}$ T·m/A, ou $\frac{\mu_0}{2\pi}=2\times10^{-7}$ T·m/A.
Uma carga em movimento sofre $F=|q|\,v\,B\,\text{sen}\,\theta$, perpendicular à velocidade e ao campo. Carga parada ou movendo-se paralelamente ao campo não sofre força. Entrando perpendicularmente num campo uniforme, a carga faz movimento circular uniforme de raio $R=\frac{m\,v}{|q|\,B}$; a força magnética muda a direção da velocidade, mas não o seu módulo.
Um fio de comprimento $L$ com corrente $i$ num campo $B$ sofre $F=B\,i\,L\,\text{sen}\,\theta$. É o princípio do motor elétrico e do alto-falante. Dois fios paralelos com correntes de mesmo sentido se atraem; com sentidos opostos, se repelem.
O fluxo através de uma espira de área $A$ é $\Phi=B\,A\cos\theta$, com $\theta$ medido entre $\vec B$ e a normal à espira (unidade: weber, Wb). Sempre que o fluxo varia, surge uma força eletromotriz induzida: $\varepsilon=-N\,\frac{\Delta\Phi}{\Delta t}$. O fluxo pode variar mudando o campo, a área ou o ângulo. Num circuito de resistência $R$, a corrente induzida é $i=\frac{|\varepsilon|}{R}$.
A corrente induzida tem sentido tal que o campo que ela cria se opõe à variação do fluxo. Aproximando o polo norte de uma espira, a face voltada para o ímã vira um polo norte e repele o ímã; afastando, vira um polo sul e atrai. É a conservação da energia: quem move o ímã realiza trabalho. Aplicações: geradores (ímã girando perto de bobinas) e transformadores, em que $\frac{U_1}{U_2}=\frac{N_1}{N_2}$, só com corrente alternada.
Carregando o simulador…
Abrir só o simulador em outra aba · feito em HTML pelo Prof. Luis Teixeira
Qual a intensidade do campo magnético a $10$ cm de um fio retilíneo longo percorrido por $5$ A?
Uma bobina de $100$ espiras, de área $4\times10^{-3}\,\text{m}^2$ e resistência total $5\,\Omega$, está num campo perpendicular ao seu plano que sobe de $0{,}1$ T para $0{,}6$ T em $0{,}2$ s. Calcule a f.e.m. e a corrente induzidas.
Resolva no papel antes de abrir a resposta. Conferir cedo demais atrapalha o aprendizado.
Um ímã em barra é quebrado ao meio. O que se obtém?
Qual o campo magnético a $0{,}2$ m de um fio longo percorrido por $10$ A?
Uma carga positiva está em repouso num campo magnético uniforme de $2$ T. Qual a força magnética sobre ela?
Uma espira de $0{,}02\,\text{m}^2$ está num campo de $0{,}5$ T perpendicular ao seu plano. Qual o fluxo? E se o campo fosse paralelo ao plano?
Uma carga de $2\,\mu\text{C}$ entra com $5\times10^4$ m/s perpendicularmente a um campo de $0{,}3$ T. Qual a força magnética?
Um fio de $0{,}5$ m, com corrente de $4$ A, está perpendicular a um campo de $0{,}2$ T. Qual a força sobre ele?
O fluxo em cada espira de uma bobina de $200$ espiras cai de $0{,}03$ Wb para zero em $0{,}1$ s. Qual a f.e.m. média induzida?
Um transformador tem $100$ espiras no primário, ligado a $220$ V alternados, e $10$ espiras no secundário. Qual a tensão no secundário? E se o primário fosse ligado a uma bateria?
Uma barra de $0{,}4$ m desliza a $5$ m/s sobre trilhos, num campo de $0{,}5$ T perpendicular ao plano dos trilhos; o circuito tem $2\,\Omega$. Calcule a f.e.m., a corrente e a força para manter a velocidade constante.
Um próton ($m=1{,}67\times10^{-27}$ kg, $q=1{,}6\times10^{-19}$ C) entra a $10^6$ m/s perpendicularmente a um campo de $0{,}1$ T. Qual o raio da trajetória?
Os mesmos slides e fichas usados nas aulas. Bom para revisar ou se aprofundar depois dos exercícios.
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