Projete um eletroímã capaz de levantar uma peça ferromagnética de massa m = 0,50 kg. Dados: área de contato A…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Investigar e analisar o funcionamento de equipamentos elétricos e/ou eletrônicos e sistemas de automação para compreender as tecnologias contemporâneas e avaliar seus impactos sociais, culturais e ambientais.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Projete um eletroímã capaz de levantar uma peça ferromagnética de massa m = 0,50 kg. Dados: área de contato A = 1,0×10^-3 m²; use a aproximação F = B² A /(2 µ0). Comprimento útil do solenoide l = 0,05 m. Determine o campo mínimo B, o produto ampere-voltas NI necessário e a corrente I se N = 500 voltas. Comente impactos sociais/ambientais dessa tecnologia.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Deseja-se F = mg, com g = 10 m/s² ? F = 0,50·10 = 5,0 N. Usando F = B² A /(2 µ0) ? B = sqrt(2 µ0 F / A). Com µ0 = 4p×10^-7 T·m/A, A = 1,0×10^-3 m² e F = 5,0 N: 2 µ0 F / A = 2·(4p×10^-7)·5,0 / 1,0×10^-3 ˜ 0,012566 ? B ˜ v0,012566 ˜ 0,112 T (campo mínimo). Para gerar B em um solenoide longo aproximamos B = µ0 (N I)/l ? NI = B l / µ0. Substituindo: NI ˜ 0,112·0,05 / (4p×10^-7) ˜ 4,46×10^3 A·voltas. Se N = 500 voltas, I = NI / N ˜ 4,46×10^3 / 500 ˜ 8,9 A. Discussão de impactos: eletroímãs em automação reduzem trabalho manual e aumentam eficiência industrial, mas consomem energia e podem exigir matérias-primas (ferrosos, cobre) com impactos ambientais na extração. Projetos devem considerar consumo energético, reciclagem de componentes e segurança (blindagem, controle) para minimizar efeitos socioambientais.
Explicação
A solução apresenta o cálculo da força necessária para levantar a massa, utilizando a fórmula do eletroímã para determinar o campo magnético mínimo. Em seguida, relaciona o campo magnético ao número de voltas e à corrente no solenoide, garantindo que os valores estejam coerentes com as equações físicas. A discussão sobre impactos sociais e ambientais é relevante, pois aborda a eficiência e os custos associados à tecnologia, considerando a sustentabilidade.
Raio-X da questão
eletroímã e campo magnético
avaliacao
forças magnéticas · circuitos elétricos
Revisar as fórmulas de campo magnético e eletromagnetismo.
O aluno pode confundir a relação entre a corrente elétrica e o campo magnético, não aplicando corretamente a fórmula do eletroímã.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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