Física

Magnetismo – Lei de Faraday

Ilan Rodrigues

01. EXPERIÊNCIA DE ÖERSTED

i

N

S _

+

i

i

N

S

Corrente Elétrica Campo Magnético

02. FLUXO MAGNÉTICO (φ )

B

2.1 Area Oblíqua a Direção do Campo Magnético

A Φ = B. A. cosθθ

Unidades:(SI)

Φ = 1. T . m2

Φ = 1Wb (weber)

(CGS)

Φ = 1. g . cm2

Φ = 1Mx (maxwell)

1 Wb = 108 Mx

02. FLUXO MAGNÉTICO (φ )

B

2.2 Area Na Mesma Direção Do Campo Magnético

AΦ = B. A. cos 00

1

Φ = B . A

B

2.3 Area Perpendicular ao Campo Magnético

A

Φ = B. A. cos 9000

Φ = 0

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

RCh

Circuito Aberto Não há corrente elétrica

i

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

RCh

Circuito Fechado Corrente elétrica

i

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

RCh

Circuito Fechado Corrente elétrica

i

ε = R. i

03. LEI DE FARADAY (ε )

ε =- ΔΦ

ΔT

A força eletromotriz induzida (ε) é decorrente da variação do fluxo magnético (ΔΦ) em função do intervalo de tempo (Δt) utilizado nessa variação.

04. LEI DE LENZMovimentação

da espiraCorrente elétrica

contínuaCampo

Magnético

Aproximação da espira Afastamento da espira

N S

Aproximação da Espira

V

i

i

Corrente Elétrica no Sentido Anti-horário

04. LEI DE LENZ

NS

S N

N S

N S

Afastamento da Espira

Vi

i

Corrente Elétrica no Sentido Horário

04. LEI DE LENZ

N S

Aprendendo um pouco mais ...

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.

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, chamadocampo 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:

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.

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 A1 = 1,20 cm2 para o valor A2 = 0,30 cm2. Calcule a f.e.m. induzida na espira e indique, em um esquema, o sentido da corrente induzida.

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 éρ = 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?

Dado: = 3.

N S

02. FLUXO MAGNÉTICO (φ )

B

2.1 Area Perpendicular ao Campo Magnético

A

Φ = B. A. cos 9000

Φ = 0

I.

II.

III.

IV.

V.

Próton ( )

Neutrôn ( )

Elétron ( )

Pósitron ( )

Alfa α ( )

+

0

M

M

m-

m+

++0

0 4M

IV

V

I

III

II

CARGAS LANÇADAS EM UM CAMPO MAGNÉTICO

11. Um elétron com velocidade inicial v0 atravessa sucessivamente as regiões I, II, e III da figura adiante, terminando o trajeto com velocidade v > v0. Que tipo de campo é aplicado em cada região e com que direção e sentido?

+++++++

- - - - - --

Movimento Acelerado

EI

Fm

BII

Movimento Acelerado

+++++++

- - - - - --

EIII

-

--

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.

02. FORÇA MAGNÉTICA SOBRE UM FIO CONDUTOR RETO

B

i

x Fm

Fm = q . v . B

q = i . Δt

L

v = LΔt

Fm = . Bi . Δt . LΔt

Fm = B . i . L

2.1 Fio Perpendicular ao Campo Magnético

02. FORÇA MAGNÉTICA SOBRE UM FIO CONDUTOR RETO

2.2 Fio Oblíquo ao Campo Magnético

B

ix

Fm

L

θ

Fm = B. i . L . sen θ

02. FORÇA MAGNÉTICA SOBRE UM FIO CONDUTOR RETO

B

i

L

2.3 Fio Paralelo à direção do Campo Magnético

Fm = B. i . L . sen θ

Fm = B. i . L . sen 000

Fm = 0Fm= 0

01. Um condutor de comprimento L, percorrido por uma corrente i, está imerso em um campo de indução magnética Buniforme. 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.

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.

Fm = B . i . L

Fm = 0,4 . 2 . 0,1

Fm = 0,08

Fm = 8 . 10-2 N

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/s2.) A intensidade da força magnética que atua sobre o fio é correspondente ao peso de um corpo de massa:a) 10 gb) 20 gc) 50 gd) 70 ge) 80 g

P = Fm

m . g = B . i . L

m . 10 = 2 .10-1 . 1 . 0,5

m = 10-2 kg

m = 10-2 . 103 g

m = 10 g

FÍSICA DO COTIDIANO: MOTOR ELÉTRICO

- Ventilador

- Automóvel

- Batedeira

- Elevador

FÍSICA DO COTIDIANO: MOTOR ELÉTRICO

N SB

i

i

i

i

i

FmX Fm

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.

03. FORÇA MAGNÉTICA SOBRE FIOS PARALELOS

i1 i2

B1B2

F2,1 XF1,2

d

F1,2 = F2,1

Fm = B . i . L

Fm = B1 . i2 . L

B = . i2πdμ0

Fm = . i2 . L. i12 π

d

μ0

Fm =. i2 . L.

i12 π d

μ0

i1 i2

B1B2

F2,1 XF1,2

ATRAÇÃO

I. Correntes no Mesmo Sentido

i1 i2

B1B2

F1,2XF2,1

REPULSÃO

II. Correntes em Sentidos Contrários

X

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 Nb) 1 Nc) 2 Nd) 3 Ne) 4 N

Fm = B . i . L

Fm = 0,8 . 5 . 1

Fm = 4,0 N

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.

Dois fios condutores, retilíneos e extensos estão no vácuo (μ0 =4π·10–7T.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.

Fm =. i2 . L. i1

2 π d

μ0 Fm =. 10

2 π4π·10–7. 10 . 1

. 10-1

2Fm = 2·10–4N

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 = B. i . L . sen θ

Fm = 5 . 10-3. 20.0,2 .0,5

Fm = 5 . 10-3. 20.0,2 .0,5

Fm = 10-2N