No cais, voluntarios testam um prototipo de boia sinalizadora para ficar acesa em noites sem energia. Dentro…
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
No cais, voluntarios testam um prototipo de boia sinalizadora para ficar acesa em noites sem energia. Dentro da boia, um ima preso a uma haste oscila com as ondas e atravessa o interior de uma bobina, ligada a um LED e a um pequeno circuito retificador. Para estimar a tensao gerada, o grupo usa um sensor e conclui que, no instante em que o ima passa pelo centro, o campo magnetico medio na area da bobina muda de +0,40 T para -0,40 T em cerca de 0,015 s. A bobina tem 600 espiras e area efetiva de 3,0 cm^2. O coordenador quer escrever um texto curto para orientar os voluntarios: a ideia e explicar, com um valor numerico, a ordem de grandeza da tensao induzida nesse evento e por que ela depende do movimento do ima. Com base nos dados do texto e na lei de Faraday, identifique o texto mais adequado para o aviso, comunicando a tensao media induzida e a relacao com o tempo de variacao do fluxo.
- A) A boia pode gerar cerca de 10 V; movimentos mais rapidos aumentam a tensao por elevar |DeltaPhi|/Delta t.
- B) A boia pode gerar cerca de 5 V; movimentos mais rapidos aumentam a tensao por elevar |DeltaPhi|/Delta t.
- C) A boia pode gerar cerca de 100 V; movimentos mais rapidos aumentam a tensao por elevar |DeltaPhi|/Delta t.
- D) A boia pode gerar cerca de 15 V; movimentos mais rapidos aumentam a tensao por reduzir |DeltaPhi|/Delta t.
- E) A boia pode gerar cerca de 0,02 V; movimentos mais rapidos aumentam a tensao por elevar |DeltaPhi|/Delta t.
✅ Resposta correta: alternativa A
Resolução passo a passo
- Converter a area para metros quadrados: 3,0 cm^2 = 3,0 x 10^-4 m^2. Passo 2: Calcular a variacao do campo magnetico: de +0,40 T para -0,40 T, ou seja, |Delta B| = 0,80 T. Passo 3: Calcular a variacao do fluxo por espira: |Delta Phi| = |Delta B| x A = 0,80 x 3,0 x 10^-4 = 2,4 x 10^-4 Wb. Passo 4: Aplicar a lei de Faraday para a bobina com N = 600 espiras: |epsilon media| = N x |Delta Phi| / Delta t = 600 x 2,4 x 10^-4 / 0,015 = 0,144 / 0,015 = 9,6 V, ou seja, cerca de 10 V. Passo 5: A tensao depende do ritmo da variacao do fluxo, pois quanto menor o intervalo de tempo para o mesmo Delta Phi, maior a tensao; por isso um movimento mais rapido do ima aumenta a tensao induzida. Passo 6: Por que as outras estao erradas: B usa apenas 0,40 T como variacao, e nao 0,80 T; C erra a conversao de cm^2 para m^2, usando 3 x 10^-3 m^2; D inverte a relacao, pois a tensao aumenta e nao diminui com a rapidez da variacao; E esquece o numero de espiras (600). Passo 7: Conclusao: a alternativa A e a correta e coincide com o gabarito oficial.
💡 Dica: Calcule a variação do fluxo magnético e use a lei de Faraday para estimar a tensão média.
Alternativa por alternativa
DeltaB=0,80 T; A=3,0e-4 m^2; DeltaPhi=A*DeltaB=2,4e-4 Wb; E=N*DeltaPhi/Delta t=9,6 V. Faraday: depende de Delta t.
O aluno considera apenas o valor final de 0,40 T como variacao do campo, ignorando que o campo vai de +0,40 T a -0,40 T, o que dobra a variacao. Com isso obtem cerca de 4,8 V, arredondado para 5 V.
O aluno converte mal a area, tomando 3,0 cm^2 como 3 x 10^-3 m^2 em vez de 3 x 10^-4 m^2, o que multiplica o resultado por 10 e chega a cerca de 100 V.
O aluno acredita que movimentos mais rapidos reduzem a tensao induzida, invertendo a relacao de proporcionalidade inversa entre o intervalo de tempo e a fem, que diz que a fem cresce quando a variacao do fluxo ocorre em menos tempo.
Por que engana: Confundir a relação entre a variação do fluxo magnético e o tempo, ou calcular incorretamente a variação do fluxo.
O aluno calcula corretamente a variacao do fluxo por espira, mas esquece de multiplicar pelo numero de espiras (600), obtendo cerca de 0,016 V, arredondado para 0,02 V.
Raio-X da questão
Lei de Faraday, tensão induzida
avaliacao
Fluxo magnético e campo magnético · Lei de Faraday da indução
Estude a lei de Faraday e cálculo de fluxo magnético.
Confundir a relação entre a variação do fluxo magnético e o tempo, ou calcular incorretamente a variação do fluxo.
pensamento_critico
cotidiano
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