Física 23 C Flashcards
(24 cards)
Qual é a fórmula para calcular o fluxo magnético e qual é a unidade desse fluxo no Sistema Internacional?
O fluxo magnético, representado pela letra grega Phi (Φ), indica a quantidade de linhas de indução magnética que atravessam uma área de uma espira. Ele é calculado pela fórmula Φ = B × A × cos(θ), onde B é a intensidade do campo magnético (em Tesla), A é a área da espira (em metros quadrados), e θ é o ângulo entre o vetor campo magnético e a reta normal à área da espira. A unidade do fluxo magnético no Sistema Internacional é o Weber (Wb), equivalente a Tesla × metro quadrado (T·m²), em homenagem ao físico Wilhelm Weber.
Em duas espiras com áreas A e 2A, sujeitas ao mesmo campo magnético B e mesmo ângulo θ, qual espira tem maior fluxo magnético e por quê?
O fluxo magnético (Φ) é dado por Φ = B × A × cos(θ), onde B é o campo magnético, A é a área da espira e θ é o ângulo entre o vetor campo magnético e a normal à área. No exemplo, duas espiras com áreas A e 2A estão no mesmo campo B e com o mesmo ângulo θ. Como a área da segunda espira (2A) é maior, o fluxo magnético nela (Φ₂ = B × 2A × cos(θ)) é maior que na primeira (Φ₁ = B × A × cos(θ)). Alternativamente, a espira com maior área intercepta mais linhas de indução magnética, resultando em maior fluxo magnético. Portanto, a espira com área 2A tem maior fluxo magnético.
Em duas espiras com a mesma área A, mas com intensidades de campo magnético diferentes (B₁ em uma e B₂ > B₁ na outra) e o mesmo ângulo θ = 0°, qual espira tem maior fluxo magnético e por quê?
O fluxo magnético (Φ) é calculado por Φ = B × A × cos(θ), onde B é a intensidade do campo magnético, A é a área da espira e θ é o ângulo entre o vetor campo magnético e a normal à área. No exemplo, ambas as espiras têm a mesma área A e θ = 0° (cos(0°) = 1). Na situação 1, o campo é B₁, e na situação 2, o campo é B₂, com B₂ > B₁. Como B₂ é maior, o fluxo magnético na situação 2 (Φ₂ = B₂ × A × 1) é maior que na situação 1 (Φ₁ = B₁ × A × 1). Alternativamente, a espira na situação 2 intercepta mais linhas de indução magnética (devido ao campo mais intenso, com linhas mais próximas), confirmando que o fluxo magnético é maior na situação 2.
Em duas espiras com a mesma área A e mesmo campo magnético B, mas com diferentes ângulos θ (0° em uma e 90° na outra), qual espira tem maior fluxo magnético e por quê?
O fluxo magnético (Φ) é dado por Φ = B × A × cos(θ), onde B é o campo magnético, A é a área da espira e θ é o ângulo entre o vetor campo magnético e a normal à área. No exemplo, ambas as espiras têm a mesma área A e estão no mesmo campo B. Na situação 1, θ = 0° (cos(0°) = 1), resultando em Φ₁ = B × A × 1, o máximo fluxo possível, com 4 linhas de indução atravessando a espira. Na situação 2, a espira é girada, tornando θ = 90° (cos(90°) = 0), resultando em Φ₂ = B × A × 0 = 0, sem linhas de indução atravessando a espira. Portanto, o fluxo magnético na situação 1 é maior que na situação 2, onde o fluxo é zero, devido à orientação do ângulo θ.
Em duas espiras com a mesma área, posicionadas em um campo magnético com linhas de indução saindo do polo norte e chegando ao polo sul, onde a primeira espira intercepta 7 linhas e a segunda, mais afastada, intercepta 3 linhas, qual espira tem maior fluxo magnético e por quê?
O fluxo magnético (Φ) é proporcional ao número de linhas de indução magnética que atravessam a área da espira. Na situação 1, a espira, mais próxima do polo, intercepta 7 linhas de indução. Na situação 2, a espira, mais afastada, intercepta apenas 3 linhas. Como o fluxo magnético depende da quantidade de linhas que cortam a área, e assumindo que as espiras têm a mesma área e orientação, o fluxo magnético na situação 1 é maior que na situação 2, pois mais linhas de indução atravessam a espira na primeira situação.
Em um experimento com um ímã em repouso e uma espira em repouso, onde há linhas de indução magnética atravessando a espira, por que não surge corrente elétrica na espira, mesmo havendo fluxo magnético?
O experimento descrito envolve um ímã em repouso gerando um campo magnético com linhas de indução que atravessam uma espira também em repouso, resultando em um fluxo magnético (Φ) constante. O fluxo magnético é o mesmo antes e depois, pois o número de linhas de indução (e.g., 3 linhas) que cortam a área da espira não varia. Os físicos descobriram que, embora haja fluxo magnético, não surge corrente elétrica na espira porque o fluxo magnético é constante ao longo do tempo. Para induzir corrente elétrica, é necessária uma variação do fluxo magnético com o tempo, o que não ocorre quando tanto o ímã quanto a espira estão em repouso.
Em um experimento onde um ímã se aproxima de uma espira em repouso, como a variação do fluxo magnético afeta a geração de corrente elétrica na espira?
No experimento, um ímã se aproxima de uma espira em repouso. Inicialmente, 3 linhas de indução magnética atravessam a espira, gerando um fluxo magnético (Φ₁). Conforme o ímã se aproxima, mais linhas de indução (e.g., 5 linhas) passam pela espira, aumentando o fluxo magnético (Φ₂ > Φ₁). Essa variação do fluxo magnético com o tempo induz uma corrente elétrica na espira, conforme descoberto pelos físicos. Ao contrário do caso em que o ímã e a espira estão em repouso (fluxo constante, sem corrente), o aumento do fluxo magnético causado pelo movimento do ímã gera uma corrente elétrica na espira.
Em um experimento onde um ímã se afasta de uma espira em repouso, como a variação do fluxo magnético resulta na geração de corrente elétrica, e qual é o fenômeno físico responsável por esse efeito?
No experimento, um ímã se afasta de uma espira em repouso. Inicialmente, 5 linhas de indução magnética atravessam a espira, gerando um fluxo magnético (Φ₁). Ao afastar o ímã, menos linhas (e.g., 3) cruzam a espira, reduzindo o fluxo magnético (Φ₂ < Φ₁). Essa diminuição do fluxo magnético com o tempo induz uma corrente elétrica na espira, conforme observado pelos físicos. Nos casos anteriores, quando o ímã e a espira estão em repouso (fluxo constante), não há corrente; quando o ímã se aproxima, o fluxo aumenta, gerando corrente. A conclusão é que a variação do fluxo magnético (aumento ou diminuição) na espira gera uma corrente elétrica induzida, um fenômeno chamado indução eletromagnética. Esse é o princípio fundamental, onde a corrente induzida surge sempre que há variação temporal do fluxo magnético.
Em um experimento onde o ímã está em repouso e a espira se move, aproximando-se ou afastando-se do ímã, o que causa a geração de corrente elétrica induzida na espira?
A corrente elétrica induzida na espira surge devido à variação do fluxo magnético com o tempo, independentemente de ser o ímã ou a espira que se move. No experimento, com o ímã em repouso, quando a espira se aproxima do ímã, o número de linhas de indução magnética atravessando a espira aumenta (e.g., de 1 para 3), elevando o fluxo magnético e induzindo corrente elétrica. Quando a espira se afasta, o número de linhas diminui (e.g., de 3 para 1), reduzindo o fluxo magnético e também induzindo corrente. Esse fenômeno, chamado indução eletromagnética, ocorre sempre que há variação temporal do fluxo magnético, seja pelo movimento do ímã ou da espira, confirmando que o movimento relativo entre eles é suficiente para gerar corrente induzida.
Em um experimento com uma espira circular movendo-se por uma região retangular com campo magnético uniforme, em quais posições (1, 2, 3, 4, 5) há corrente elétrica induzida, e por quê?
Corrente induzida ocorre com variação do fluxo magnético. Uma espira circular atravessa cinco posições numa região com campo magnético uniforme:
Posição 1: Fora da região, zero linhas de indução (fluxo Φ = 0, constante). Sem corrente.
Posição 2: Entrando na região, linhas aumentam (0 a 4). Fluxo cresce, induz corrente.
Posição 3: Totalmente dentro, 4 linhas constantes. Fluxo fixo, sem corrente.
Posição 4: Saindo da região, linhas diminuem (4 a 0). Fluxo reduz, induz corrente.
Posição 5: Fora da região, zero linhas (fluxo Φ = 0, constante). Sem corrente.
Conclusão: Corrente induzida aparece nas posições 2 e 4, ao entrar e sair da região, por variação do fluxo. Na posição 3, fluxo constante não gera corrente.
Em uma região com campo magnético uniforme, uma espira é movida ou girada de diferentes maneiras dentro da região. Em quais situações haverá corrente elétrica induzida na espira, considerando movimentos laterais, diagonais ou rotações?
Corrente elétrica induzida surge com variação do fluxo magnético. Em uma região com campo magnético uniforme (4 linhas de indução):
Movimento lateral ou diagonal dentro da região: A espira mantém 4 linhas de indução (fluxo constante). Sem variação, não há corrente induzida.
Rotação no plano da região (paralela ao campo): Fluxo permanece constante (4 linhas). Sem variação, não há corrente induzida.
Rotação para ficar perpendicular ao campo: A espira passa de 4 linhas (fluxo máximo) a 0 linhas (fluxo zero), ou vice-versa. A variação do fluxo induz corrente elétrica.
Rotação contínua: O fluxo oscila (aumenta/diminui repetidamente), gerando corrente induzida contínua.
Conclusão: Corrente induzida ocorre apenas quando a espira é girada para mudar sua orientação em relação ao campo (e.g., de paralela a perpendicular), causando variação do fluxo. Movimentos ou rotações que mantêm o fluxo constante não geram corrente.
Em um experimento com um fio longo reto percorrido por uma corrente elétrica, criando um campo magnético não uniforme, uma espira é movida ou girada em diferentes direções na região do campo. Em quais situações haverá corrente elétrica induzida na espira, e por quê?
Um fio longo reto com corrente elétrica gera um campo magnético não uniforme, com intensidade diminuindo com a distância (B ∝ 1/r). Uma espira na região do campo (4 linhas de indução iniciais) é manipulada:
Movimento para baixo (paralelo ao fio): O número de linhas permanece 4, e a intensidade do campo é constante na direção paralela ao fio (mesma distância). Fluxo constante, sem corrente induzida.
Rotação (de paralela a perpendicular ao campo): Linhas de indução caem de 4 a 0. Fluxo diminui, induzindo corrente.
Movimento para a direita (afastando-se do fio): A espira se distancia do fio, reduzindo a intensidade do campo (B diminui). Fluxo magnético (Φ = B × A × cosθ) diminui, induzindo corrente.
Movimento na diagonal: A espira se afasta do fio, diminuindo a intensidade do campo. Fluxo reduz, induzindo corrente.
Conclusão: Corrente induzida ocorre ao mover a espira para a direita ou na diagonal (devido à diminuição do campo magnético) e ao girá-la para ficar perpendicular ao campo (variação de linhas). Movimento paralelo ao fio mantém fluxo constante, sem corrente. Diferentemente do caso anterior (campo uniforme), o campo não uniforme causa variação do fluxo com a distância, gerando corrente em movimentos laterais.
Em um experimento com uma espira retangular formada por uma barra metálica móvel que desliza para a direita, aumentando a área da espira em um campo magnético uniforme, haverá corrente elétrica induzida na espira? Por quê?
Uma espira retangular (formada por barras metálicas, com uma barra móvel) está em um campo magnético uniforme. Ao mover a barra para a direita, a área da espira aumenta (e.g., de uma área inicial com 6 linhas de indução para uma maior com 12 linhas). O fluxo magnético (Φ = B × A × cosθ) aumenta, pois o campo (B) e o ângulo (θ) permanecem constantes, mas a área (A) cresce. Essa variação do fluxo magnético com o tempo induz uma corrente elétrica na espira, conforme a lei da indução eletromagnética.
Conclusão: Sim, haverá corrente elétrica induzida na espira devido ao aumento da área, que causa uma variação do fluxo magnético.
Em um circuito com uma espira adjacente a um circuito retangular com uma chave, uma bateria e um resistor, quando haverá corrente elétrica induzida na espira: com a chave aberta, ao fechá-la, com a chave fechada, ao abri-la, ou com a chave mantida aberta?
A corrente elétrica induzida na espira depende da variação do fluxo magnético. O circuito retangular, com uma bateria, resistor e chave, gera corrente quando a chave é fechada, criando um campo magnético (B) que atravessa a espira.
Chave aberta: Sem corrente no circuito, B = 0, fluxo magnético (Φ) = 0, sem variação. Não há corrente induzida.
Ao fechar a chave: Corrente surge no circuito, gerando B (entrando no plano, pela regra da mão direita). Fluxo na espira aumenta de Φ = 0 para Φ > 0, induzindo corrente.
Chave fechada: Corrente constante, B constante, fluxo constante. Sem variação, não há corrente induzida.
Ao abrir a chave: Corrente cessa, B cai a zero, fluxo diminui de Φ > 0 a Φ = 0, induzindo corrente.
Chave mantida aberta: B = 0, fluxo Φ = 0, sem variação. Não há corrente induzida.
Conclusão: Corrente induzida na espira ocorre ao fechar a chave (fluxo aumenta) e ao abri-la (fluxo diminui). Não há corrente com a chave aberta ou fechada continuamente, pois o fluxo é constante.
Em um experimento com uma espira em uma região retangular com campo magnético variável, conforme um gráfico da intensidade do campo (B) ao longo do tempo (aumenta na situação 1, constante na situação 2, diminui na situação 3), em quais situações o amperímetro registra corrente elétrica induzida na espira?
A corrente elétrica induzida na espira ocorre com variação do fluxo magnético (Φ = B × A × cosθ). A espira tem área (A) e ângulo (θ) constantes, mas a intensidade do campo magnético (B) varia:
Situação 1: B aumenta (de 0 a um valor positivo, conforme gráfico). Fluxo magnético cresce, induzindo corrente (amperímetro registra).
Situação 2: B é constante (permanece no mesmo valor). Fluxo magnético não varia, sem corrente induzida (amperímetro não registra).
Situação 3: B diminui (reduz a zero). Fluxo magnético decresce, induzindo corrente (amperímetro registra).
Conclusão: Corrente elétrica induzida aparece nas situações 1 e 3, quando o campo magnético varia (aumenta ou diminui), causando variação do fluxo. Na situação 2, com campo constante, não há corrente induzida.
Em um experimento com um fio longo e reto percorrido por uma corrente elétrica cuja intensidade aumenta com o tempo, criando um campo magnético que atravessa uma espira em repouso, haverá corrente elétrica induzida na espira, conforme registrado por um amperímetro?
Um fio longo e reto com corrente elétrica crescente gera um campo magnético (B) não uniforme, entrando no plano da espira (pela regra da mão direita). O fluxo magnético (Φ = B × A × cosθ) na espira, que está em repouso (área A e ângulo θ constantes), aumenta porque a intensidade do campo magnético cresce com o aumento da corrente. Essa variação do fluxo magnético com o tempo induz uma corrente elétrica na espira, que será registrada pelo amperímetro.
Conclusão: Sim, haverá corrente elétrica induzida na espira, pois o aumento da corrente no fio eleva a intensidade do campo magnético, causando variação do fluxo magnético.
Em um experimento com um fio longo e reto percorrido por uma corrente alternada (que muda de sentido e intensidade com o tempo), gerando um campo magnético que atravessa uma espira em repouso, haverá corrente elétrica induzida na espira, conforme registrado por um amperímetro?
Um fio longo e reto com corrente alternada (CA) gera um campo magnético variável. A espira em repouso tem área (A) e ângulo (θ) constantes. O fluxo magnético (Φ = B × A × cosθ) varia porque a corrente alternada muda a intensidade e o sentido do campo magnético (B): quando a corrente sobe (para cima), B aumenta (entrando no plano); quando diminui a zero, B cai; quando inverte (para baixo), B aumenta (saindo do plano), e assim por diante. Essas variações de intensidade e direção do campo causam variação contínua do fluxo magnético, induzindo corrente elétrica na espira, registrada pelo amperímetro.
Conclusão: Sim, haverá corrente elétrica induzida na espira, pois a corrente alternada provoca variação contínua do campo magnético (em intensidade e sentido), resultando em variação do fluxo magnético com o tempo.
O que diz a Lei de Faraday sobre a indução eletromagnética, e qual é a diferença entre a força eletromotriz induzida e a corrente elétrica induzida em um circuito?
Lei de Faraday estabelece que, quando há variação do fluxo magnético (ΔΦ) em um circuito com o decorrer do tempo (Δt), surge uma força eletromotriz induzida (ε), expressa como ε = -ΔΦ/Δt. Essa força eletromotriz induzida é o que potencialmente gera uma corrente elétrica induzida, mas a corrente só aparece se o circuito for fechado. No exemplo, um ímã se aproximando de uma espira aumenta o fluxo magnético (de 3 para 5 linhas de indução), gerando uma força eletromotriz induzida. Se o circuito da espira for fechado, a corrente induzida surge; se aberto, apenas a força eletromotriz está presente, sem corrente, pois não há caminho para a corrente fluir.
Conclusão: A Lei de Faraday afirma que a variação do fluxo magnético com o tempo gera uma força eletromotriz induzida. A corrente elétrica induzida requer um circuito fechado. Em questões discursivas, é crucial destacar que a lei menciona a força eletromotriz, não diretamente a corrente, para evitar respostas incompletas.
Dado um gráfico mostrando a variação do fluxo magnético em uma espira, com uma reta inclinada indicando aumento linear do fluxo, como calcular a força eletromotriz induzida na espira usando a Lei de Faraday?
A Lei de Faraday afirma que a força eletromotriz induzida (ε) é dada por ε = -ΔΦ/Δt, onde ΔΦ é a variação do fluxo magnético e Δt é o intervalo de tempo. No gráfico, o fluxo magnético aumenta linearmente de Φ_inicial = 0 Wb (t = 0 s) para Φ_final = 6 × 10⁻² Wb (t = 3 s). Calculando: ΔΦ = Φ_final - Φ_inicial = 6 × 10⁻² - 0 = 6 × 10⁻² Wb; Δt = t_final - t_inicial = 3 - 0 = 3 s. Assim, ε = -(6 × 10⁻²)/3 = -2 × 10⁻² V = -0,02 V. O módulo da força eletromotriz induzida é 0,02 V (ou 2 × 10⁻² V).
Conclusão: Usando a Lei de Faraday e os pontos inicial (0 s, 0 Wb) e final (3 s, 6 × 10⁻² Wb) do gráfico, a força eletromotriz induzida na espira é 2 × 10⁻² V (0,02 V).
Em um experimento com solenoides de 2, 4 e 6 espiras, onde o mesmo ímã é aproximado com a mesma velocidade, causando variação do fluxo magnético, como o número de espiras afeta a força eletromotriz induzida e a corrente elétrica induzida medida por um amperímetro?
A Lei de Faraday diz que a força eletromotriz induzida (ε) é ε = -N(ΔΦ/Δt), onde N é o número de espiras e ΔΦ/Δt é a variação do fluxo magnético por unidade de tempo. No experimento, um ímã aproximado com a mesma velocidade gera a mesma variação de fluxo (ΔΦ/Δt) em cada solenóide. Para circuitos fechados com 2, 4 e 6 espiras, a força eletromotriz induzida é proporcional a N: ε₂ = 2(ΔΦ/Δt), ε₄ = 4(ΔΦ/Δt), ε₆ = 6(ΔΦ/Δt). Como a corrente induzida (I = ε/R, onde R é a resistência) também é proporcional a ε, o amperímetro registra correntes proporcionais ao número de espiras: 2 A (2 espiras), 4 A (4 espiras) e 6 A (6 espiras).
Conclusão: O aumento do número de espiras (N) amplifica a força eletromotriz induzida e, em circuitos fechados, a corrente induzida, na mesma proporção (2, 4, 6 A para 2, 4, 6 espiras), pois ε = -N(ΔΦ/Δt).
Em um circuito formado por uma espira retangular com uma barra metálica de 10 cm movida com velocidade constante de 10 m/s em um campo magnético uniforme de 1 T, com resistência do circuito de 1 Ω, qual é a intensidade da corrente elétrica induzida na espira?
A espira retangular, com uma barra móvel (comprimento L = 0,1 m) puxada a v = 10 m/s em um campo magnético uniforme B = 1 T (θ = 0°, cos(0) = 1), tem área crescente, aumentando o fluxo magnético (Φ = B × A). Pela Lei de Faraday, a força eletromotriz induzida é ε = -ΔΦ/Δt = B × L × v, pois ΔA/Δt = L × v (variação da área é base × altura, com base variando a v). Calculando: ε = 1 × 0,1 × 10 = 1 V. Com resistência R = 1 Ω, a corrente induzida é I = ε/R = 1/1 = 1 A.
Conclusão: A corrente elétrica induzida na espira é 1 A, resultante da força eletromotriz induzida de 1 V (ε = B × L × v) e resistência de 1 Ω.
Em um experimento com o mesmo ímã aproximando-se de uma espira em circuito fechado, com velocidades de 10 m/s (situação 1) e 20 m/s (situação 2), como a velocidade afeta a força eletromotriz induzida e a corrente elétrica induzida medida por um amperímetro?
Pela Lei de Faraday, a força eletromotriz induzida (ε) é ε = -ΔΦ/Δt, onde ΔΦ é a variação do fluxo magnético e Δt é o intervalo de tempo. O ímã aproximando-se da espira aumenta o fluxo magnético (Φ), com a mesma variação ΔΦ em ambas as situações. Na situação 1 (v = 10 m/s), a variação ocorre em um intervalo de tempo maior (Δt₁ = Δx/v₁). Na situação 2 (v = 20 m/s), a maior velocidade reduz o intervalo de tempo (Δt₂ = Δx/v₂, onde Δt₂ < Δt₁). Como ε = -ΔΦ/Δt, a menor Δt₂ na situação 2 resulta em maior ε. Em circuito fechado, a corrente induzida (I = ε/R) é proporcional a ε, sendo maior na situação 2, registrada pelo amperímetro.
Conclusão: A corrente induzida é maior na situação 2 (20 m/s), pois a maior velocidade reduz o intervalo de tempo da variação do fluxo magnético, aumentando a força eletromotriz induzida e, consequentemente, a corrente medida.
A estimulação cerebral para tratar doenças requer correntes elétricas em áreas específicas do cérebro, tradicionalmente feita com eletrodos implantados. Uma alternativa é usar bobinas externas que induzem correntes elétricas no tecido cerebral por meio de campos magnéticos variáveis. Para isso, é necessário:
- Corrente alternada: A bobina, composta por fios enrolados (espiras), deve ser alimentada por uma corrente alternada, gerando um campo magnético variável.
- Indução eletromagnética: O campo magnético variável induz correntes elétricas no cérebro, proporcional à intensidade da corrente na bobina e ao número de espiras.
- Relação proporcional: Maior número de espiras e maior intensidade da corrente alternada resultam em maior tensão e corrente induzida.
Análise das alternativas:
- A: Errada. Maior número de espiras aumenta, não diminui, a voltagem induzida.
- B: Errada. O campo magnético deve ser variável, não constante, para indução eletromagnética.
- C: Correta. A intensidade da corrente induzida depende da intensidade da corrente na bobina.
- D: Errada. Não é necessário um campo magnético de grande intensidade, mas sim variável.
- E: Errada. O campo magnético não transporta corrente elétrica, apenas a induz.
Resposta correta: Alternativa C.
O funcionamento do dinamo em bicicletas depende da parte móvel, em contato com o pneu, que ao girar gera energia elétrica para acender a lâmpada. A energia só é produzida com o movimento, pois a bicicleta parada não acende a lâmpada. A vantagem é não precisar de pilhas ou bateria, usando o movimento do pneu para induzir corrente elétrica. Isso ocorre por indução eletromagnética: um ímã girando perto de uma bobina varia o fluxo magnético, gerando corrente alternada que faz a lâmpada piscar. A intensidade da corrente induzida aumenta com a velocidade do giro.
Análise das alternativas:
A: Correta, mas não específica ao contexto (corrente gera campo magnético).
B: Parcialmente correta, mas falta a variação do fluxo magnético.
C: Errada (não há atrito com campo magnético).
D: Parcialmente correta, mas incompleta sem menção à variação do fluxo.
E: Correta. A corrente elétrica é gerada por variação do campo magnético.
Resposta correta: Letra E.
