Considere um motor de corrente contínua formado por uma espira retangular com N = 150 voltas, lados a = 0,05 m…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Realizar previsões qualitativas e quantitativas sobre o funcionamento de geradores, motores elétricos e seus componentes, bobinas, transformadores, pilhas, baterias e dispositivos eletrônicos, com base na análise dos processos de transformação e condução de energia envolvidos – com ou sem o uso de dispositivos e aplicativos digitais –, para propor ações que visem a sustentabilidade.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Considere um motor de corrente contínua formado por uma espira retangular com N = 150 voltas, lados a = 0,05 m e b = 0,10 m (A = a·b), percorrida por corrente I = 3,0 A e imersa em campo magnético uniforme B = 0,40 T. A espira gira em torno de um eixo com momento de inércia J = 2,0×10^-3 kg·m². O atrito produz um torque de arraste t_d = k·? com k = 0,015 N·m·s. Começando do repouso e assumindo orientação que gera torque máximo, determine: (a) o torque máximo sobre a espira; (b) a aceleração angular inicial; (c) a velocidade angular de regime.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Dados: A = a·b = 0,05·0,10 = 5,0×10^-3 m². Torque máximo: t = N·I·A·B = 150·3,0·5,0×10^-3·0,40 = 0,90 N·m. Aceleração angular inicial: a = t / J = 0,90 / (2,0×10^-3) = 450 rad/s². Velocidade angular de regime (t = k·?): ? = t / k = 0,90 / 0,015 = 60 rad/s. (Unidades SI: t em N·m, a em rad/s², ? em rad/s.)
Explicação
O cálculo do torque máximo é baseado na interação entre a corrente na espira e o campo magnético, resultando em um torque que é diretamente proporcional ao número de voltas, à corrente, à área da espira e à intensidade do campo magnético. A aceleração angular inicial é obtida dividindo-se o torque máximo pelo momento de inércia, refletindo a relação entre força e movimento rotacional. Por fim, a velocidade angular de regime é determinada pela relação entre o torque máximo e o torque de arraste, indicando o estado de equilíbrio dinâmico da espira.
Raio-X da questão
torque em motor
avaliacao
torque e força magnética · momentum angular
Revisar as fórmulas de torque e aceleração angular em motores.
O aluno pode confundir o torque máximo com a força magnética, aplicando a fórmula errada para calcular o torque.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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