Atividades de Campo Magnético e Força Magnética para a 2ª série do Ensino Médio com gabarito

Quando trabalho Campo Magnético e Força Magnética com a 2ª série, procuro ligar a representação do campo às situações em que uma corrente elétrica interage com ele. A dificuldade não está apenas em substituir números: é importante distinguir módulo e direção da força, observar a orientação entre fio e campo e cuidar das unidades.

Também organizo a prática em etapas: primeiro retomamos as relações elétricas necessárias, depois fazemos cálculos guiados e, por fim, discutimos o sentido físico dos resultados. A seleção abaixo reúne questões validadas, inclusive algumas de eletricidade e aplicações tecnológicas que ajudam a avaliar pré-requisitos e habilidades associadas. Como nem todas tratam diretamente de força magnética, vale escolher as que correspondem ao objetivo da aula.

O que o aluno de 2ª série precisa saber sobre Campo Magnético e Força Magnética

Na 2ª série, espero que o estudante reconheça o campo magnético como uma grandeza vetorial e compreenda que a força magnética depende da interação entre o campo e cargas em movimento ou correntes elétricas. Para um trecho retilíneo de fio, o módulo é calculado por F = BIL sen θ; quando corrente e campo são perpendiculares, sen θ = 1 e a expressão fica F = BIL. O aluno também precisa interpretar as unidades, substituir os dados com atenção e usar a regra da mão direita para determinar a direção da força, sem confundir direção com intensidade. Em aplicações mais avançadas da seleção, aparecem o efeito Hall, a indutância e a energia magnética; são bons desafios se esses conteúdos já tiverem sido apresentados. As questões de potência, resistência e transporte elétrico não avaliam diretamente força magnética, mas ajudam a verificar relações elétricas e leitura de informações relevantes para a sequência didática.

O que ele precisa saber antes

Para resolver as questões de força magnética, é útil que a turma saiba multiplicar grandezas físicas e reconhecer as unidades de força, corrente, campo e comprimento. A regra da mão direita precisa ter sido demonstrada e praticada, sobretudo para o caso em que o campo entra ou sai do plano da página. Para os itens de aplicação e revisão, os pré-requisitos indicados incluem lei de Ohm, potência elétrica, resistividade, área e comprimento de condutores, além de interpretação de circuitos. Os itens sobre efeito Hall e indutância pedem familiaridade com as fórmulas correspondentes e com notação científica. Não é necessário tratar todos esses conteúdos como pré-requisitos para uma aula introdutória de força magnética: use cada questão conforme o ponto da sequência em que a turma está.

Onde os alunos mais erram

Nas questões de força em fio, o erro típico é esquecer um dos fatores de F = BIL ou deslocar a vírgula ao multiplicar. No item de direção, pode-se obter corretamente 0,500 N e ainda inverter o sentido por aplicar a regra da mão direita ao contrário. Separar os dois pedidos — primeiro módulo, depois direção — torna o raciocínio mais verificável.

Nos itens elétricos, as fichas apontam confusões como usar somente o comprimento de ida para calcular a resistência de uma linha de ida e volta, ou misturar queda de tensão e potência dissipada. Também pode ocorrer a aplicação incorreta de P = VI ao buscar a corrente. Nas questões de efeito Hall e indutância, o cuidado principal é selecionar a fórmula adequada e manter as unidades e potências de dez sob controle. Em vez de tratar um distrator como prova de uma concepção fixa, eu o uso como pista para perguntar qual etapa do cálculo precisa ser revista.

Como trabalhar em sala

• Desenhe os vetores antes de calcular: represente corrente e campo com setas e símbolos de ponto ou cruz. Peça que a turma indique a direção prevista da força antes de substituir valores.
• Faça uma resolução em duas colunas: de um lado, escreva os dados e as unidades; do outro, a fórmula e o cálculo. Essa organização ajuda a localizar fatores esquecidos e erros de conversão.
• Compare respostas próximas: apresente alternativas numéricas e peça que os estudantes expliquem por que um resultado como 0,20 N é compatível com os dados e outro não. Priorize a justificativa, não apenas a letra.
• Use questões de revisão de forma intencional: os exercícios de potência e resistência servem para retomar conhecimentos elétricos, enquanto efeito Hall e indutância podem funcionar como extensão quando já foram estudados.
• Feche com leitura de contexto: no item dos trens, diferencie emissão local de combustão, consumo energético e custo de infraestrutura. Isso permite discutir tecnologia sem atribuir ao campo magnético conclusões que o enunciado não apresenta.

Questões prontas de Campo Magnético e Força Magnética para a 2ª série do Ensino Médio (com gabarito comentado)

As oito questões a seguir são mantidas com seus conteúdos e gabaritos. Algumas avaliam conhecimentos elétricos ou interpretação de tecnologia, e não a força magnética em si; podem compor uma revisão mais ampla ou ser selecionadas conforme o planejamento.

1. Resistência e perdas em uma linha de alimentação

Uma residência consome P = 5,00 kW a U = 230 V. A linha usa cabo de cobre com área A = 50,0 mm² e comprimento de 500 m até a rede, apenas na ida. Considere ρ = 1,70 × 10⁻⁸ Ω·m. Calcule a resistência da linha (ida e volta), a queda de tensão ΔV = IR e as perdas P_loss = I²R. Verifique se ΔV = 5% de U.

• ❌ A) ΔV ≈ 15,0 V, portanto, é 8,70%. O percentual não corresponde a 15,0 V sobre 230 V; além disso, os valores vêm de corrente e resistência calculadas incorretamente.
• ❌ B) P_loss = 50 W. Esse resultado usa I = 10 A e R = 0,5 Ω, valores que não correspondem aos dados.
• ✅ C) R = 0,340 Ω; ΔV ≈ 7,39 V (3,21%); P_loss ≈ 161 W; não. A corrente é 5000/230 ≈ 21,74 A. O comprimento total é 1000 m, então R = ρL/A = 0,340 Ω. A queda é cerca de 7,39 V, ou 3,21% de 230 V; não é 5%.
• ❌ D) R = 0,034 Ω. O cálculo usa 0,0005 m² para a área em vez de 0,00005 m².
• ❌ E) I = 10 A. Isso equivale a reduzir indevidamente a potência para 2,30 kW antes de dividir pela tensão.

Comentário: peça que os estudantes destaquem “ida e volta” antes de calcular a resistência e mantenham separados queda de tensão e potência dissipada.

2. Força magnética sobre um segmento de fio

Um segmento retilíneo de fio de comprimento L = 0,50 m conduz corrente I = 4,0 A e está imerso em campo magnético uniforme B = 0,10 T, com I perpendicular a B. Determine a magnitude da força magnética usando F = BIL.

• ❌ A) 0,05 N. Subestima o produto dos três valores.
• ✅ B) 0,20 N. F = 0,10 × 4,0 × 0,50 = 0,20 N.
• ❌ C) 1,0 N. Superestima a força e não resulta da substituição indicada.
• ❌ D) 0,40 N. Não corresponde ao produto de B, I e L; verifique se todos os fatores foram considerados.
• ❌ E) 0,15 N. Também não é o produto dos dados fornecidos.

Comentário: como o fio é perpendicular ao campo, não há fator angular adicional além de sen 90° = 1.

3. Cálculo da tensão Hall

Uma barra metálica de espessura t = 2,0 × 10⁻⁴ m conduz corrente I = 4,0 A. O campo B = 0,40 T é perpendicular à corrente e a densidade de elétrons é n = 8,5 × 10²⁸ m⁻³. Calcule V_H usando V_H = BI/(nqt), com q = 1,60 × 10⁻¹⁹ C.

• ❌ A) 1,0 × 10⁻⁷ V. Não corresponde à substituição completa dos dados na expressão.
• ❌ B) 1,5 × 10⁻⁷ V. É um valor incorreto para os fatores fornecidos.
• ❌ C) 3,0 × 10⁻⁵ V. Indica erro na combinação dos fatores ou nas potências de dez.
• ✅ D) V_H = (BI)/(nqt) ≈ 5,9 × 10⁻⁷ V. Substituindo os valores e cuidando das potências de dez, obtém-se aproximadamente esse resultado.
• ❌ E) 2,5 × 10⁻⁶ V. Não resulta da fórmula com os valores indicados.

Comentário: o item é adequado como desafio depois de apresentar o efeito Hall. Vale conferir a escrita científica de cada etapa.

4. Indutância e energia magnética em um solenoide

Um solenoide de núcleo de ar tem N = 400 voltas, comprimento l = 0,20 m e raio r = 0,02 m. Percorrido por corrente I = 3,0 A, use μ₀ = 4π × 10⁻⁷ H/m. Calcule L ≈ μ₀N²A/l, com A = πr², e a energia U = ½LI² armazenada, em joules.

• ✅ A) L ≈ 1,26 × 10⁻³ H; U ≈ 5,67 × 10⁻³ J. A área é π(0,02)² ≈ 1,2566 × 10⁻³ m². Substituindo na expressão, L ≈ 1,26 × 10⁻³ H; então U = ½ × 1,26 × 10⁻³ × 3,0² ≈ 5,67 × 10⁻³ J.
• ❌ B) L = 0,8 H; U = 0,25 J. Os valores não resultam das fórmulas com os dados fornecidos.
• ❌ C) L = 2,0 H; U = 0,75 J. A magnitude da indutância é incompatível com o cálculo do solenoide.
• ❌ D) L = 1,26 × 10⁻⁴ H; U = 0,01 J. A indutância e a energia não são obtidas corretamente; a energia deve ser calculada a partir do valor de L.
• ❌ E) L = 0,5 H; U = 0,5 J. Esses valores não correspondem ao número de voltas e às dimensões dadas.

Comentário: separar o cálculo da área, da indutância e da energia reduz a chance de confundir as duas fórmulas.

5. Corrente, perda no cabo e tensão na residência

Uma residência consome P = 2,0 kW a 230 V. O cabo de alimentação tem resistência total R_linha = 0,50 Ω (ida e volta). Calcule a corrente, a potência dissipada no cabo e a tensão efetiva na residência, usando I = P/V, P_perda = I²R_linha e V_load = 230 V − IR_linha.

• ❌ A) I = 0,5 A; P_perda = 0,025 W; V_load = 229,5 V. Corrente e perda ficam muito abaixo do resultado esperado para 2000 W a 230 V.
• ❌ B) I = 20 A; P_perda = 100 W; V_load = 210 V. A corrente não é P/V para os dados informados.
• ❌ C) I = 10 A; P_perda = 25 W; V_load = 220 V. A corrente indicada não corresponde a 2000/230; por isso, os resultados seguintes também divergem.
• ✅ D) I ≈ 8,70 A; P_perda ≈ 38 W; V_load ≈ 226 V. I = 2000/230 ≈ 8,6957 A; a perda é I² × 0,50 ≈ 37,8 W. A queda é aproximadamente 4,35 V e a tensão fica em torno de 225,65 V.
• ❌ E) I = 15 A; P_perda = 112,5 W; V_load = 214 V. A corrente está superestimada e não satisfaz I = P/V com os valores dados.

Comentário: a ordem importa: calcule primeiro I, depois a perda e a queda de tensão.

6. Trens elétricos: vantagem e desvantagem

Um estudo comparou locomotivas a diesel e trens elétricos em uma linha ferroviária brasileira. Os elétricos recebem energia de uma rede aérea, não realizam combustão a bordo, eliminaram a emissão direta de gases da combustão no trecho analisado e reduziram o consumo por passageiro. A implantação da rede aérea exigiu obras e aumentou o custo inicial. Qual alternativa apresenta, respectivamente, uma vantagem e uma desvantagem dos trens elétricos?

• ❌ A) Produzem mais emissões locais; dispensam rede elétrica na via. Inverte as informações: não há combustão a bordo, e a rede aérea é necessária.
• ❌ B) Consomem mais energia por passageiro; utilizam apenas energia solar. O texto informa redução do consumo e não diz que a fonte é exclusivamente solar.
• ❌ C) Reduzem o custo inicial; aumentam a combustão durante a viagem. O custo inicial aumentou e não há combustão a bordo.
• ❌ D) Exigem combustível a bordo; funcionam sem obras na via. O enunciado descreve alimentação pela rede aérea e obras para instalá-la.
• ✅ E) Eliminam emissões locais de combustão; exigem rede elétrica na via. A primeira informação é uma vantagem operacional no trecho descrito; a infraestrutura e seu custo inicial são uma desvantagem.

Comentário: esta questão avalia interpretação de texto e tecnologia, não o cálculo da força magnética. Use-a numa revisão interdisciplinar, se fizer sentido para a turma.

7. Corrente fornecida por um gerador

Um comerciante deseja instalar um gerador elétrico em sua loja, que consome potência de 1500 W. Se a tensão do gerador é 220 V, qual corrente total deve ser fornecida? Use P = V·I e explique a relação entre potência, tensão e corrente.

• ❌ A) 5 A. É menor que o valor obtido dividindo potência por tensão.
• ❌ B) 6 A. Não considera corretamente o quociente 1500/220.
• ✅ C) 6,82 A. Isolando I, temos I = P/V = 1500/220 ≈ 6,82 A. Para uma tensão fixa, a corrente correspondente à potência é dada por essa divisão.
• ❌ D) 7 A. É uma aproximação grosseira, não o resultado solicitado com duas casas decimais.
• ❌ E) 8 A. Superestima a corrente calculada a partir dos dados.

Comentário: o item retoma potência e corrente, conhecimentos úteis para interpretar circuitos, mas não aborda diretamente a força magnética.

8. Módulo e direção da força magnética em um fio

Em uma atividade de laboratório, um fio retilíneo está entre os polos de um ímã. O trecho ativo tem L = 0,500 m e conduz corrente convencional I = 5,00 A horizontalmente para a direita. O campo uniforme tem B = 0,200 T e aponta para dentro da página, perpendicular ao fio. Desprezando outras partes do circuito, determine o módulo e a direção da força usando a regra da mão direita.

• ❌ A) F = 0,500 N; para baixo. O módulo está correto, mas o sentido foi invertido na aplicação da regra da mão direita.
• ❌ B) F = 0,750 N; para cima. O sentido está correto, mas o módulo não resulta da multiplicação indicada.
• ✅ C) F = 0,500 N; para cima. Como fio e campo são perpendiculares, F = ILB = 5,00 × 0,500 × 0,200 = 0,500 N. Com a corrente para a direita e o campo para dentro da página, a regra da mão direita aponta a força para cima.
• ❌ D) F = 0,250 N; para cima. A direção está correta, mas o módulo corresponde a usar incorretamente metade do comprimento.
• ❌ E) F = 1,00 N; para cima. A direção está correta, mas o módulo foi duplicado sem justificativa.

Comentário: esta questão consolida os dois passos centrais: calcular o módulo e determinar o sentido. Peça que os estudantes expliquem separadamente cada um.

Próximos passos

Depois da correção, selecione os itens que correspondem ao conteúdo já ensinado e use os erros observados para planejar uma retomada curta. Você pode consultar mais questões da habilidade EM13CNT308 e questões da habilidade EM13CNT107. Para montar uma avaliação com outros temas e níveis de dificuldade, experimente o gerador de provas do GeraProva ou faça seu cadastro grátis.

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