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I LOVEFÍSICA!

Aluno(a):______________________________________________________________________________

Turno: Matutino Série: semi Data: 21 / 10 / 2011

Fluxo Magnético Suponha uma superfície plana de área A que é colocada na

presença de um campo magnético uniforme e de indução magnética B. Seja n normal à superfície e o ângulo que n faz com a direção da indução magnética, veja:

Dessa forma, podemos definir fluxo magnético pela letra Φ(fi), como sendo o produto entre a indução magnética, a área da superfície plana e o cosseno do ângulo formado, ou seja:

Φ = BA cos θ

Lembrando que a indução magnética trata-se de grandeza vetorial, sendo assim, ela possui módulo, direção e sentido. No Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade de fluxo magnético é o weber, em homenagem ao físico alemão que viveu no século XIX.

O fluxo magnético pode ser entendido como sendo o número de linhas de indução que atravessam a superfície, assim sendo, podemos concluir que quanto maior o número de linhas que atravessam a superfície maior será o valor do fluxo magnético.

Variação do fluxo devido à variação do vetor indução magnética  Imagine um tubo capaz de conduzir em seu interior as linhas de indução geradas por um imã, por exemplo. Se em um ponto do tubo houver uma redução na área de sua secção transversal, todas  as linhas que passavam por uma área A terão de passar por uma área A', menor que a anterior. A única forma de todas as linhas de indução passarem, ou seja, de se manter o fluxo, por esta área menor é se o vetor indução aumentar, o que nos leva a concluir que as linhas de indução devem estar mais próximas entre si nas partes onde a área é menor. Como as secções transversais no tubo citadas são paralelas entre si, esta afirmação pode ser expressa por:

= B1.A1 = B2.A2

Então, se pensarmos em um imã qualquer, este terá campo magnético mais intenso nas proximidades de seus pólos, já que as linhas de indução são mais concentradas nestes pontos. Portanto, uma forma de fazer com que Φ varie é aproximar ou afastar a superfície da fonte magnética, variando B. Variação do fluxo devido à variação da área  Outra maneira utilizada para se variar Φ é utilizando um campo magnético uniforme e uma superfície de área A.

Como o campo magnético uniforme é bem delimitado, é possível variar o fluxo de indução magnética movimentando-se a superfície perpendicularmente ao campo, entre a parte sob e fora de sua influência. Desta forma, a área efetiva por onde há fluxo magnético varia. Variação do fluxo devido à variação do ângulo θ  Além das duas formas citadas acima, ainda é possível variar Φ fazendo com que varie o ângulo entre a reta normal à superfície e o vetor B. Uma maneira prática e possivelmente a mais utilizada para

se gerar indução magnética é fazendo com que a superfície por onde o fluxo passa gire, fazendo com que θ varie.

Lei de LenzSegundo a lei proposta pelo físico russo Heinrich Lenz, a partir

de resultados experimentais, a corrente induzida tem sentido oposto ao sentido da variação do campo magnético que a gera.

Se houver diminuição do fluxo magnético, a corrente induzida irá criar um campo magnético com o mesmo sentido do fluxo.

Se houver aumento do fluxo magnético, a corrente induzida irá criar um campo magnético com sentido oposto ao sentido do fluxo.

Se usarmos como exemplo, uma espira posta no plano de uma página e a submetermos a um fluxo magnético que tem direção perpendicular à página e com sentido de entrada na folha.

Se for positivo, ou seja, se a fluxo magnético aumentar, a corrente induzida terá sentido anti-horário;

Se for negativo, ou seja, se a fluxo magnético diminuir, a corrente induzida terá sentido horário.  Lei de Faraday-Neumann

Também chamada de lei da indução magnética, esta lei, elaborada a partir de contribuições de Michael Faraday,  Franz Ernst Neumann e Heinrich Lenz entre 1831 e1845, quantifica a indução eletromagnética.

Faraday realizou inúmeras experiências e em todas elas ele percebeu um fato bem comum que ocorria sempre que aparecia uma força eletromotriz induzida. Ao analisar todos os seus trabalhos, ele verificou que quando a força eletromotriz aparecia no circuito ocorria à variação do fluxo magnético nesse mesmo circuito.

A lei de Faraday-Neumann relaciona a força eletromotriz gerada entre os terminais de um condutor sujeito à variação de fluxo magnético com o módulo da variação do fluxo em função de um intervalo de tempo em que esta variação acontece, sendo expressa matematicamente por:

O sinal negativo da expressão é uma consequência da Lei de Lenz, que diz que a corrente induzida tem um sentido que gera um fluxo induzido oposto ao fluxo indutor.

Veja um esquema numa situação de aproximação e, em seguida, de afastamento:

TransformadoresOs transformadores de tensão, chamados normalmente de

transformadores, são dispositivos capazes de aumentar ou reduzir valores de tensão.

Lista 10: (Magnetismo 03) de Física

Professor: Enoch Furtado

Fala que eu te escuto: enochfurt@hotmail.com

Um transformador é constituído por um núcleo, feito de um material altamente imantável, e duas bobinas com número diferente de espiras isoladas entre si, chamadas primário (bobina que recebe a tensão da rede) e secundário (bobina em que sai a tensão transformada).

O seu funcionamento é baseado na criação de uma corrente induzida no secundário, a partir da variação de fluxo gerada pelo primário.

A tensão de entrada e de saída são proporcionais ao número de espiras em cada bobina. Sendo:

Onde:

Por esta proporcionalidade concluímos que um transformador reduz a tensão se o número de espiras do secundário for menor que o número de espiras do primário e vice-verso.Se considerarmos que toda a energia é conservada, a potência no primário deverá ser exatamente igual à potência no secundário, assim:

PP = PS Portanto: UP.iP = US.iS

Exercícios

01. (Cavanha) Uma espira retangular, com 15cm de largura, por 20cm de comprimento encontra-se imersa em um campo de indução magnética uniforme e constante, de módulo 10T. As linhas de indução formam um ângulo de 30° com o plano da espira, conforme mostra a figura:

Qual é o valor do fluxo de indução magnética que passa pela espira?

Gab.: 0,25 Wb

02. Um campo magnético atua perpendicularmente sobre uma espira circular de raio 10cm, gerando um fluxo de indução magnética de 1Wb. Qual a intensidade do campo magnético?

Gab.: 31,83 T

03. (Cavanha) Uma espira retangular de dimensões 6 cm e 10 cm, é colocada perpendicularmente à linhas de indução de um campo magnético uniforme de intensidade 10-3 T. A intensidade do campo magnético é reduzido a zero em 3 s. Determine a fem induzida média nesse intervalo de tempo.

Gab.: 2.10-6 V

04. (Cavanha) Uma espira de 1,5.10-2 m² e resistência elétrica R = 4,0 está disposta perpendicularmente às linhas de indução de um campo magnético uniforme de indução B = 2,0 T. Sabendo-se que num certo intervalo de tempo o campo é reduzido a zero, determine a quantidade de carga elétrica induzida que circula pela espira nesse intervalo de tempo.

Gab.: 7,510-3 C

05. (UFMG) A corrente elétrica induzida em uma espira circular será:  

a) nula, quando o fluxo magnético que atravessa a espira for constante; b) inversamente proporcional à variação do fluxo magnético com o tempo; c) no mesmo sentido da variação do fluxo magnético; d) tanto maior quanto maior for a resistência da espira; e) sempre a mesma, qualquer que seja a resistência da espira.     Gab.: A

06. (FUVEST 2010) Aproxima-se um ímã de um anel metálico fixo em um suporte isolante, como mostra a figura. O movimento do ímã, em direção ao anel:

a) não causa efeitos no anel.b) produz corrente alternada no anel.c) faz com que o polo sul do ímã vire polo norte e viceversa.d) produz corrente elétrica no anel, causando uma força de atração entre anel e ímã.e) produz corrente elétrica no anel, causando uma força de repulsão entre anel e ímã.

Gab.: E 07. (FAAP) Num condutor fechado, colocado num campo magnético, a superfície determinada pelo condutor é atravessada por um fluxo magnético. Se por um motivo qualquer o fluxo variar, ocorrerá:  

a) curto circuito b) interrupção da corrente c) o surgimento de corrente elétrica no condutor d) a magnetização permanente do condutor e) extinção do campo magnético   

Gab.: C

08. (U. F. VIÇOSA - MG) As figuras abaixo representam uma espira e um imã próximos.

  Das situações abaixo, a que NÃO corresponde à indução de

corrente na espira é aquela em que: 

a) a espira e o imã se afastam; b) a espira está em repouso e o imã se move para cima; c) a espira se move para cima e o imã para baixo; d) a espira e o imã se aproximam; e) a espira e o imã se movem com a mesma velocidade para a direita.  Gab.: E

09. (Cavanha) O fluxo magnético que atravessa cada espira de uma bobina cilíndrica com 50 espiras, em função do tempo, é dado pela expressão = 2t , entre os tempos t = 1 e t = 10s , em que o fluxo é dado em Wb. Para esse intervalo de tempo, determine:

a) o módulo da força eletromotriz média induzida.b) o sentido da corrente induzida, considerando que o campo

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UP é a tensão no primário; US é a tensão no secundário; NP é o número de espiras do primário; NS é o número de espiras do secundário.

magnético está "entrando" no plano do papel, e o plano transversal da bobina é o próprio plano do papel.

10. (UFPE-PE) O fluxo magnético através do anel da figura é 37.10 -3

Wb. Quando a corrente que produz este fluxo é interrompida, o fluxo cai a zero no intervalo de tempo de 1,0 ms.Determine a intensidade da força eletromotriz média induzida no anel, em volts.

Gab.: 37 V

11. (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. 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.

Gab.: D

12. (UFAL-AL-2011)  Uma corda metálica de uma guitarra elétrica se comporta como um pequeno ímã, com polaridades magnéticas norte e sul. Quando a corda é tocada, ela se aproxima e se afasta periodicamente de um conjunto de espiras metálicas enroladas numa bobina situada logo abaixo. A variação do fluxo do campo magnético gerado pela corda através da bobina induz um sinal elétrico (d.d.p. ou corrente), que muda de sentido de acordo com a vibração da corda e que é enviado para um amplificador.

Qual o cientista cujo nome está associado à lei física que explica o fenômeno da geração de sinal elétrico pela variação do fluxo magnético através da bobina?

a) Charles Augustin de Coulombb) André Marie Ampèrec) Hans Christian Oerstedd) Georg Ohm  e) Michael Faraday 

Gab.: e

13. (Halliday) Um condutor retilíneo e horizontal, C, de resistividade =1,6×10-6 .cm, área A = 0,2cm² de secção transversal constante e comprimento L = 10cm, move-se sem atrito sobre dois condutores paralelos e horizontais, A e B, de resistência elétrica desprezível, interligados por um amperímetro ideal. O conjunto está imerso num campo magnético uniforme e vertical, de intensidade B =10-5 T . O condutor C tem velocidade constante v = 8m/s . Determine:

a) A femi;b) A intensidade da corrente no amperímetro;c) O peso do corpo suspenso, conforme a figura, que mantém a velocidade constante.

Gab.: a) 8.10-6 V b) 0,1 A c) 10-7 N

14. (UFB) O Airbus A330-200 da TAM, tem 60m de envergadura (distância entre os extremos das asas). Ele voa a 720km/h e a uma altitude constante, numa região onde a componente vertical do vetor indução magnética da Terra (campo magnético terrestre) tem valor de 5.10-5T. Calcule a diferença de potencial (fem) induzida entre os extremos das asas.

Gab.: 0,6 V

15. (Ufu) Um fio metálico rígido de massa m = 0,05kg, pode realizar sem atrito sobre dois trilhos colocados sobre uma mesa e separados por uma distância d = 0,40m. Na região da mesa, há um campo magnético uniforme, vertical para cima, de intensidade B = 2T. G é um gerador que mantém uma corrente constante i, g = 10m/s², a polia e o fio são ideais. Se o bloco de massa M = 0,2kg é abandonado e desce de uma altura de 0,8m em 1s, pede-se:

a) a aceleração do fio metálico;b) o valor da corrente i;c) a força magnética (módulo) sobre o fio metálico.

Gab.: a) 1,6 m/s² b) 2,4 A c) 1,92 N

16. (CEFET-MG-2010) A figura abaixo representa o esquema de um transformador utilizado para aumentar ou diminuir a tensão elétrica fornecida a um circuito. Sobre o funcionamento desse transformador, se ________, então, ____________.

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A opção que completa, corretamente, as lacunas acima é:

a) V1 = V2 , i1 < i2.b) V1 > V2 , i1 > i2.c) V1 > V2 , N1 > N2.d) V1 = V2 , N1 < N2.   Gab.: C17. (ENEM-MEC- 2ª aplicação-010)  Há vários tipos de tratamentos de doenças cerebrais que requerem a estimulação de partes do cérebro por correntes elétricas. Os eletrodos são introduzidos no cérebro para gerar pequenas correntes em áreas específicas. Para se eliminar a necessidade de introduzir eletrodos no cérebro, uma alternativa é usar bobinas que, colocadas fora da cabeça, sejam capazes de induzir correntes elétricas no tecido cerebral.

Para que o tratamento de patologias cerebrais com bobinas seja realizado satisfatoriamente, é necessário que

a) haja um grande número de espiras nas bobinas, o que diminui a voltagem induzida. b) o campo magnético criado pelas bobinas seja constante, de forma a haver indução eletromagnética. c) se observe que a intensidade das correntes induzidas depende da intensidade da corrente nas bobinas. d) a corrente nas bobinas seja contínua, para que o campo magnético possa ser de grande intensidade. e) o campo magnético dirija a corrente elétrica das bobinas para dentro do cérebro do paciente.  Gab.: C

18. O fenômeno da indução eletromagnética permite explicar o funcionamento de diversos aparelhos, entre eles o transformador, o qual é um equipamento elétrico que surgiu no início do século 19, como resultado da união entre o trabalho de cientistas e engenheiros, sendo hoje um componente essencial na tecnologia elétrica e eletrônica.

Utilizado quando se tem a necessidade de aumentar ou diminuir a tensão elétrica, o transformador é constituído por um núcleo de ferro e duas bobinas, conforme ilustra a figura a seguir. Uma das bobinas (chamada de primário) tem N1 espiras e sobre ela é aplicada a tensão U1, enquanto que a outra (chamada de secundário) tem N2 espiras e fornece a tensão U2.

Sobre o transformador, é correto afirmar:

a) É utilizado para modificar a tensão tanto em sistemas de corrente contínua quanto nos de corrente alternada.b) Só aparece a tensão U‚ quando o fluxo do campo magnético produzido pelo primário for constante.c) Num transformador ideal, a potência fornecida ao primário é diferente da potência fornecida pelo secundário.d) Quando o número de espiras N é menor que N‚, a corrente no secundário é maior que a corrente no primário.

e) Quando o número de espiras N é menor que N‚, a tensão U‚ será maior que a tensão aplicada U.

Gab.: e

19. (UFG - 2009) O transformador ilustrado na figura a seguir é um equipamento constituído de dois enrolamentos de fios condutores acoplados magneticamente de tal forma que o fluxo magnético produzido pela bobina primária passa pelo interior da bobina secundária. Muitos eletrodomésticos fabricados atualmente operam em duas voltagens, indiferente se o fornecimento é de 110 V ou 220 V e, para isso, possuem um transformador interno que converte a tensão aplicada no primário para a sua voltagem de trabalho. Em um certo transformador ideal, uma tensão Vp é aplicada no primário de 600 espiras que gera uma tensão Vs na bobina secundária de 300 espiras.

A grandeza física que é a mesma tanto em uma espira da bobina primária quanto em uma espira da bobina secundária e a razão entre as voltagens Vp e Vs são, respectivamente,

a) o campo magnético e 1/2.b) a corrente elétrica e 2.c) o fluxo magnético e 2.d) o campo elétrico e 1/2.e) a potência e 1/2.

Gab.: C

20. (UFOP-MG-010) Um transformador tem os seguintes valores nominais: 110 V, 220 V e 2200 W. Sabendo que o enrolamento cujos terminais indicam 110 V tem 250 espiras, determine:

a) o número de espiras do enrolamento correspondente à força eletromotriz de 220 V;b) a intensidade da corrente em cada terminal quando se utiliza esse transformador para ligar uma televisão, com valores nominais de 220 V e 880 W, a uma tomada que fornece 110 V;c) a intensidade máxima da corrente em cada terminal. Gab.: a) 500 espiras b) 4A e 8A c) 10A e 20 A

21. (UFOP-MG-2010)  Para escoar a energia elétrica produzida em suas turbinas, a hidrelétrica de Itaipu eleva a tensão de saída para aproximadamente 700.000 V. Em sua residência, as tomadas apresentam uma tensão de 127 V e/ou 220 V. O equipamento que realiza essa tarefa de elevar e abaixar a tensão é o transformador. É correto afirmar que

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a) o princípio de funcionamento de um transformador exige que a tensão/corrente seja contínua. b) o princípio de funcionamento de um transformador exige que a tensão/corrente seja alternada. c) o transformador irá funcionar tanto em uma rede com tensão/corrente alternada quanto em uma com tensão/corrente contínua. d) o transformador irá funcionar quando, no enrolamento primário, houver uma tensão/corrente contínua e, no secundário, uma alternada.  Gab.: b

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