Considere uma espira retangular de dimensões a = 0,10 m e b = 0,05 m, percorrida por corrente I = 2,0 A imersa…

Questão

Considere uma espira retangular de dimensões a = 0,10 m e b = 0,05 m, percorrida por corrente I = 2,0 A imersa em campo magnético uniforme B = 0,15 T. (a) Calcule a área da espira e o torque máximo sobre a espira. (b) Se a espira gira com velocidade angular ? = 10 rad/s, estime a potência mecânica associada ao torque calculado. (c) Discuta impactos energéticos e socioambientais relacionados ao uso desse tipo de atuador elétrico e medidas para reduzir perdas.

✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.

Resposta esperada

(a) Área A = a·b = 0,10 m·0,05 m = 5,0×10?³ m². Torque máximo t_max = I·A·B (sin? = 1) = 2,0 A·5,0×10?³ m²·0,15 T = 1,5×10?³ N·m. (b) Potência mecânica P = t·? = 1,5×10?³ N·m·10 rad/s = 1,5×10?² W (0,015 W). Observações: a potência elétrica fornecida deve cobrir a potência mecânica mais as perdas (perdas Joule P_loss ˜ I²R, perdas por atrito e dissipação magnética). Para reduzir consumo e impactos ambientais recomenda-se aumentar eficiência (menor resistência, projeto que maximize torque por corrente, uso de eletrônica de potência para controle), utilizar materiais recicláveis e considerar ciclo de vida (extração e reciclagem de cobre, evitando metais raros quando possível). A avaliação socioambiental deve incluir consumo energético, emissões associadas à geração de energia e opções de reciclagem dos componentes.

Explicação

A área da espira é calculada multiplicando suas dimensões, o que resulta em uma unidade de área adequada para o cálculo do torque. O torque máximo é obtido multiplicando a corrente, a área e o campo magnético, considerando o ângulo ideal para maximizar a força. A potência mecânica é determinada pelo produto do torque e da velocidade angular, e a discussão sobre impactos energéticos e socioambientais enfatiza a importância de eficiência e sustentabilidade na utilização de atuadores elétricos.

Raio-X da questão

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