Projete e descreva, com cálculos, um gerador manual (bobina e ímã) capaz de acender um LED que requer 2,0 V e…
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
Projete e descreva, com cálculos, um gerador manual (bobina e ímã) capaz de acender um LED que requer 2,0 V e 20 mA. Indique número de voltas N, variação de fluxo por volta ?F e tempo de variação ?t, além do circuito básico (retificador/condensador) para fornecer corrente contínua pulsante.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Meta prática: obter pelo menos V_diodo + queda do retificador ˜ 2,0 V + 0,7 V = 2,7 V pico. Para um gerador de N espiras, e_peak ˜ N·(?F/?t). Suponha movimento rápido que produz ?F ˜ 1,0×10^-5 Wb por volta em ?t = 0,02 s ? e_por_volta = 1,0×10^-5/0,02 = 5,0×10^-4 V. Então N ˜ 2,7/5,0×10^-4 ˜ 5400 voltas. Alternativas práticas: aumentar ?F usando núcleo ferromagnético (aumenta porção de fluxo para, por exemplo, ?F = 5,0×10^-4 Wb), o que reduziria N: e_por_volta = 5,0×10^-4/0,02 = 0,025 V ? N ˜ 2,7/0,025 ˜ 108 voltas. Circuito recomendado: bobina ? ponte retificadora (diodos) ? condensador de filtro (por exemplo 100 µF) ? resistor limitador/LED. Explique cálculos e trade-offs: mais voltas aumentam tensão mas aumentam resistência da bobina (reduz corrente); núcleo aumenta fluxo mas exige cuidado com histerese e saturação; condensador permite acumular carga para fornecer corrente de pico de 20 mA. Conclua com parâmetros propostos (ex.: N ˜ 100–200 com núcleo e ?t ˜ 0,02 s; ou N ˜ 5400 sem núcleo) e descreva testes práticos para validar acendimento do LED.
Explicação
A solução apresentada considera a relação entre a tensão gerada pela bobina e a variação de fluxo magnético, permitindo calcular o número de voltas necessárias para atingir a tensão desejada. A inclusão de um núcleo ferromagnético é uma estratégia eficaz para aumentar o fluxo magnético, reduzindo assim o número de voltas e, consequentemente, a resistência da bobina. O circuito proposto, com retificação e filtragem, garante que a corrente contínua pulsante seja adequada para acender o LED, considerando as características elétricas necessárias.
Raio-X da questão
gerador manual
avaliacao
lei de Faraday · circuitos elétricos básicos
Revisar os princípios de indução eletromagnética e circuitos elétricos.
O aluno pode confundir a relação entre a variação de fluxo magnético e a tensão gerada, não aplicando corretamente a lei de Faraday.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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