Atividades de Campo Magnético e Força Magnética para a 1ª série do Ensino Médio com gabarito

Quando trabalho Campo Magnético e Força Magnética com a 1ª série do Ensino Médio, procuro alternar a interpretação física com a leitura cuidadosa de fórmulas e unidades. A turma precisa perceber que não basta substituir números: é necessário identificar se o problema trata de uma carga em movimento, de um fio percorrido por corrente ou de outra situação elétrica.

Na prática, organizo a sequência começando pela ideia de campo e pela relação entre movimento, corrente e força, e avanço para cálculos e aplicações. As questões reunidas aqui também incluem situações de potência, circuitos e transformadores. Elas não são todas questões diretas de força magnética; servem como extensão de conteúdos elétricos relacionados e pedem que eu confira a adequação ao objetivo da avaliação.

O que o aluno de 1ª série precisa saber sobre Campo Magnético e Força Magnética

O aluno precisa reconhecer o campo magnético como uma grandeza vetorial e compreender que a força magnética depende da situação física: uma carga em movimento sofre força conforme sua carga, velocidade e campo; um condutor percorrido por corrente pode sofrer força quando está imerso em um campo. Para uma carga, o módulo é F = |q|vB sen(θ), em que θ é o ângulo entre velocidade e campo. A direção é perpendicular a ambos, e o sentido é determinado pelo produto vetorial v × B para carga positiva; para carga negativa, inverte-se. No fio retilíneo, F = BIL sen(θ), com força máxima quando campo e corrente são perpendiculares. Também é importante distinguir módulo, direção e sentido, usar unidades coerentes e interpretar o contexto antes de escolher uma expressão. Assim, o estudante não trata a fórmula como uma receita única: identifica grandezas, verifica o ângulo e justifica o resultado físico.

O que ele precisa saber antes

As questões selecionadas mobilizam pré-requisitos variados. Para calcular a força magnética, é necessário operar com multiplicação de grandezas físicas, reconhecer campo magnético e corrente e, no caso de uma carga em movimento, utilizar a regra da mão direita e a ideia de produto vetorial. A notação científica e as unidades também aparecem na questão com carga e velocidade expressas em potências de dez.

O conjunto inclui ainda relações de eficiência e potência, coeficiente de desempenho de refrigeradores, cálculo de corrente elétrica, resistência equivalente de um trecho de linha, Lei de Joule e relações de transformadores. Esses tópicos são pré-requisitos das questões correspondentes, não requisitos para compreender a força magnética em si. Antes de aplicar as oito questões como uma prova única, vale selecionar as que combinam com o conteúdo já trabalhado e com a habilidade que se pretende observar.

Onde os alunos mais erram

Nas questões de força magnética, um erro recorrente descrito nos itens é omitir uma grandeza da expressão, somar valores em vez de multiplicá-los ou inserir uma potência indevida no campo magnético. Isso costuma acontecer quando o aluno tenta reconhecer números familiares sem conferir qual grandeza física cada símbolo representa. Uma checagem dimensional e a escrita da fórmula antes da substituição ajudam a tornar o procedimento visível.

Na força sobre uma carga, pode haver acerto no módulo e erro na direção. O distrator mais provável da questão propõe 0,30 N e direção −z; o módulo não resulta da substituição correta e a direção também não corresponde a v × B. Outros distratores apontam para −y ou para uma direção paralela ao movimento, embora a força magnética seja perpendicular à velocidade e ao campo. Como a carga é positiva, aplica-se diretamente o sentido de v × B; para carga negativa, o sentido seria oposto.

Nas questões elétricas complementares, os erros descritos incluem confundir potência recebida com potência útil, inverter a relação entre COP e potência, esquecer a ida e a volta da linha ou confundir potência total com corrente. Na interação entre fios, outro equívoco possível é afirmar que correntes opostas se atraem. Explicitar qual relação física está sendo usada e estimar se o resultado é plausível são estratégias úteis para localizar esses enganos.

Como trabalhar em sala

• Faça uma leitura vetorial antes da conta. Peça que os estudantes desenhem os sentidos de v e B e indiquem a força com a regra da mão direita. Uma folha e um desenho no quadro bastam para comparar respostas e discutir o caso de carga positiva.
• Compare carga e fio condutor. Monte no quadro uma tabela com a situação, a fórmula, as grandezas e a condição angular. A turma pode explicar o que muda entre F = |q|vB sen(θ) e F = BIL sen(θ), em vez de memorizar expressões isoladas.
• Peça estimativa e conferência de unidades. Antes da substituição, os alunos podem prever se o resultado deve ser maior ou menor e identificar as unidades esperadas. Depois, revisam potências de dez, multiplicações e o significado de cada resposta.
• Use os distratores para discutir raciocínio. Em vez de apenas marcar a alternativa correta, convide a turma a explicar por que um resultado parece tentador e qual etapa revela o erro. Essa prática funciona com as questões de força e com as de potência e circuitos.
• Separe a avaliação por foco. Use as questões 2 e 3 para força magnética; trate as demais como revisão ou extensão de conceitos elétricos. Essa organização deixa claro para os estudantes o que está sendo avaliado e evita apresentar potência ou transformadores como se fossem, por si só, força magnética.

Questões prontas de Campo Magnético e Força Magnética para a 1ª série do Ensino Médio (com gabarito comentado)

As questões abaixo foram fornecidas como um conjunto validado. Como algumas abordam conteúdos elétricos além do campo e da força magnética, identifico o foco de cada uma no comentário. Em todas, a alternativa correta está marcada e as incorretas vêm acompanhadas do motivo do erro, conforme os dados disponíveis.

1. Um motor elétrico de uma fábrica opera com eficiência de 80% e fornece uma potência mecânica útil de 3000 W para uma máquina. Qual é a potência elétrica que esse motor recebe da rede elétrica?

• ❌ A) 3500 W. Não aplica corretamente a relação entre potência útil e potência recebida.
• ❌ B) 3000 W. Confunde a potência mecânica útil com a potência elétrica de entrada.
• ❌ C) 4000 W. Não corresponde à divisão da potência útil pela eficiência.
• ❌ D) 2400 W. Multiplicar a potência útil pela eficiência não determina a potência recebida.
• ✅ E) 3750 W. Pela eficiência η = Pútil/Precebida, temos Precebida = 3000/0,80 = 3750 W. O item avalia eficiência e potência, como aplicação elétrica relacionada, não a força magnética diretamente.

2. Uma partícula de carga positiva q = 2,0 × 10⁻⁶ C desloca-se com velocidade v = 1,0 × 10⁶ m/s ao longo do eixo +x. Está imersa em campo magnético uniforme B = 0,10 T dirigido ao longo do eixo +y. Determine a magnitude e a direção da força magnética sobre a carga.

• ❌ A) F = 0,30 N, direção −z. O produto qvB resulta em 0,20 N, e v × B não aponta para −z.
• ❌ B) F = 0,20 N, direção −y. O módulo está certo, mas a direção deve ser perpendicular a x e y, não paralela ao campo.
• ✅ C) F = 0,20 N, direção +z. Como o ângulo é 90°, F = qvB = 2,0 × 10⁻⁶ × 1,0 × 10⁶ × 0,10 = 0,20 N. Para carga positiva, +x × +y aponta para +z.
• ❌ D) F = 0,50 N, direção +y. O módulo não resulta da expressão e a direção não é perpendicular ao campo.
• ❌ E) F = 0,10 N, direção +x. O cálculo do módulo está incorreto e a força não pode ser paralela à velocidade nesse caso.

3. Uma barra retilínea de comprimento L = 0,50 m conduz corrente I = 2,0 A e está inteiramente em um campo magnético uniforme B = 0,20 T perpendicular à barra. Calcule a magnitude da força magnética sobre a barra.

• ❌ A) F = I + L + B = 2 + 0,5 + 0,2 = 2,7 N. As grandezas da expressão não se somam para determinar essa força.
• ✅ B) F = I·L·B = 2,0 A · 0,50 m · 0,20 T = 0,20 N. Como campo e corrente são perpendiculares, F = BIL.
• ❌ C) F = I·B = 0,40 N. A expressão omite o comprimento da barra.
• ❌ D) F = I·L·B² = 0,02 N. O campo não deve ser elevado ao quadrado nessa relação.
• ❌ E) F = L·B = 0,10 N. A corrente I também é necessária no cálculo.

4. Dois refrigeradores mantêm Tc = 5 °C; ambos removem Qc = 1,2 kJ/s (1200 W) do interior. Refrigerador A tem COP = 2 e B tem COP = 4. Qual usa menos potência elétrica e quanto?

• ✅ A) Refrigerador B; potência elétrica A = 600 W, B = 300 W; B usa 300 W a menos. Usando P = Qc/COP: A consome 1200/2 = 600 W e B, 1200/4 = 300 W.
• ❌ B) Refrigerador A usa 300 W e B 600 W. Inverte os resultados: um COP maior corresponde, neste cálculo, a menor potência para a mesma Qc.
• ❌ C) Ambos usam a mesma potência: 300 W. COPs diferentes resultam em potências diferentes para a mesma quantidade de calor removida.
• ❌ D) Refrigerador B usa 600 W. Esse valor corresponde ao cálculo do aparelho A, não ao refrigerador com COP = 4.
• ❌ E) Refrigerador A usa 900 W. O resultado não decorre de Qc/COP para os dados fornecidos.

Este item trabalha COP e potência de refrigeradores, não cálculo direto de força magnética.

5. Dois fios longos e paralelos estão separados por d = 0,10 m; conduzem correntes I1 = 8,0 A e I2 = 5,0 A em sentidos opostos. Calcule a força por comprimento entre eles usando F/L = μ₀ I1 I2 /(2πd), com μ₀ = 4π × 10⁻⁷ T·m/A, e determine se atraem ou se repelem.

• ✅ A) |F|/L = 8,0 × 10⁻⁵ N/m; repulsão. Como μ₀/(2π) = 2,0 × 10⁻⁷, resulta 2,0 × 10⁻⁷ × (8,0 × 5,0)/0,10 = 8,0 × 10⁻⁵ N/m. Correntes em sentidos opostos se repelem.
• ❌ B) 1,0 × 10⁻⁵ N/m; atração. O valor não resulta da substituição e a interação foi identificada incorretamente.
• ❌ C) 4,0 × 10⁻⁵ N/m; atração. O cálculo reduz indevidamente o resultado e classifica ao contrário o efeito de correntes opostas.
• ❌ D) 8,0 × 10⁻⁶ N/m; atração. A ordem de grandeza está incorreta e a conclusão sobre a interação também.
• ❌ E) 1,6 × 10⁻⁴ N/m; repulsão. A repulsão está correta, mas o módulo é o dobro do resultado obtido pela expressão.

6. Uma microgeradora entrega Pload = 60,0 kW à Uload = 400 V. A linha tem resistência por sentido R' = 0,015 Ω/km e comprimento L = 5,00 km (ida). Considere retorno igual (duas direções). Calcule (a) a corrente I na linha e (b) a potência perdida na linha. Use I = P/U e Ploss = I²·Rtotal, com Rtotal = 2·R'·L.

• ❌ A) I = 160 A; Ploss = 1 200 W. A corrente não corresponde a P/U e a perda não usa corretamente os dados da linha.
• ❌ B) I = 120 A; Ploss = 2 400 W. A corrente está incorreta e, por consequência, também a potência dissipada.
• ✅ C) I = 60 000/400 = 150 A; Rtotal = 2·0,015·5,00 = 0,150 Ω; Ploss = 150²·0,150 = 3 375 W (3,375 kW). Considera a ida e a volta e aplica a Lei de Joule.
• ❌ D) I = 180 A; Ploss = 4 000 W. A corrente está superestimada e a perda não resulta das relações indicadas.
• ❌ E) I = 140 A; Ploss = 3 000 W. A corrente e a potência perdida não correspondem aos cálculos com os valores fornecidos.

É uma questão de circuitos, potência e perdas na transmissão, sem cálculo direto de força magnética.

7. Em uma cozinha, três aparelhos são ligados simultaneamente a uma régua: secador P1 = 1500 W, aquecedor P2 = 2000 W e chaleira P3 = 1200 W, todos em V = 230 V. A régua admite corrente máxima Imax = 10 A e o cabo tem resistência Rcabo = 0,50 Ω. Calcule a corrente total, verifique se há sobrecarga e estime a potência dissipada no cabo usando Ploss = I²·Rcabo.

• ❌ A) A potência dissipada no cabo é de 50 W, não causando preocupação. O cálculo correto é aproximadamente 208,8 W, e a corrente supera o limite.
• ❌ B) A soma das potências é 3000 W, portanto segura. A soma correta é 4700 W; além disso, é preciso calcular a corrente para compará-la ao máximo permitido.
• ❌ C) A corrente total é 8 A, dentro do limite seguro. Pela potência total dividida pela tensão, a corrente é cerca de 20,43 A.
• ❌ D) Não há risco de aquecimento, pois a corrente é de 5 A. Esse valor não corresponde aos aparelhos ligados simultaneamente.
• ✅ E) Itotal ≈ 20,4 A (> 10 A); Ploss ≈ 2,09 × 10² W: há sobrecarga e risco de aquecimento/incêndio. A potência total é 4700 W; 4700/230 ≈ 20,43 A e I²·0,50 ≈ 208,8 W.

O foco aqui é segurança em circuitos elétricos e potência dissipada, não força magnética.

8. Um transformador ideal tem N1 = 200 espiras no primário e N2 = 50 espiras no secundário; o primário é alimentado por V1 = 230 V. O secundário alimenta uma carga que consome Pload = 1,20 kW. Use V2 = V1·(N2/N1) e I1/I2 = N2/N1 para determinar a corrente no primário I1.

• ❌ A) I1 = 2,50 A. Não considera corretamente a relação entre tensão, espiras e corrente.
• ✅ B) I1 = 5,22 A (aprox.). V2 = 230·(50/200) = 57,5 V; I2 = 1200/57,5 ≈ 20,87 A; I1 = (50/200)·20,87 ≈ 5,22 A.
• ❌ C) I1 = 8,00 A. Esse valor não resulta da sequência de relações fornecidas.
• ❌ D) I1 = 10,00 A. Não corresponde à tensão secundária calculada nem à relação de correntes.
• ❌ E) I1 = 15,00 A. O valor é incompatível com a potência e com os números de espiras informados.

O item verifica relações de transformador ideal e corrente elétrica; é uma extensão de conteúdos elétricos, não uma questão direta sobre força magnética.

Próximos passos

Para uma avaliação centrada em força magnética, priorize as questões sobre carga em movimento, fio com corrente e interação entre fios, explicando aos estudantes quais modelos físicos estão sendo mobilizados. As demais podem compor uma revisão mais ampla de eletricidade. Também é possível consultar questões da habilidade EM13CNT107 e questões da habilidade EM13CNT308, além de preparar novos itens no gerador de provas do GeraProva. Para experimentar a plataforma, faça seu cadastro grátis.

Use as questões como ponto de partida e adapte a seleção ao que sua turma já estudou. O GeraProva pode ajudar na preparação de provas e atividades; revise sempre os enunciados e gabaritos antes de aplicar.