Indução Eletromagnética e Transformadores

Confira questões resolvidas sobre a Indução Eletromagnética e os Transformadores:

1) UFRS - A figura representa uma espira condutora retangular num campo magnético uniforme B que tem a direção do eixo x. A espira pode girar em torno do eixo y. Designamos por θ o ângulo de giro formado pelo plano da espira com o eixo z.

Selecione as alternativas que preencha que preenche corretamente as lacunas abaixo: O fluxo magnético através da espira é máximo quando θ é igual a _________________________ e nulo Quando θ é igual ______________________.
a) ZERO – 45°
b) ZERO – 90°
c) ZERO – 180°
d) 90° - ZERO
e) 90° e 180°

Resposta: b.

Resolução:

O fluxo magnético pode ser calculado pela fórmula seguinte:

Φ =B.A.cosθ

Como podemos observar, o fluxo magnético é dependente do cosseno do ângulo formado entre a superfície e uma reta normal a ela.

O fluxo magnético vai ser máximo quando θ = 0º (cos0º = 1) e mínimo quando θ = 90º (cos90º = 0).

2) (UFAC) - A figura mostra um imã e um anel metálico. O eixo do imã (eixo x) é perpendicular ao plano do anel e passa pelo seu centro.

Não haverá corrente elétrica induzida no anel se ele:

a) deslocar-se ao longo do eixo x

b) deslocar-se ao longo do eixo y

c) girar em torno do eixo x

d) girar em torno do eixo y

e) girar em torno do eixo z

Resposta: c.

Resolução:

Cálculo do fluxo magnético:

Φ =B.A.cosθ

Pela fórmula, concluímos que podemos variar o fluxo alterando o valor do campo magnético, da área  da espira ou do cosseno formado entre a superfície do condutor e as linhas de campo.

Portanto, vemos que um giro em relação ao eixo x, em nada altera o valor do fluxo e consequentemente não gera corrente elétrica induzida.

3) UFMG - A figura a seguir mostra um ímã colocado próximo a uma bobina.

Todas as alternativas apresentam situações em que aparecerá uma corrente induzida na bobina, EXCETO:

a) a bobina e o ímã se movimentam com a mesma velocidade para a direita.

b) a bobina está em repouso e o ímã se movimenta para a direita.

c) a bobina está em repouso e o ímã se movimenta para a esquerda.

d) o ímã está em repouso e a bobina se movimenta para a direita.

e) o ímã está em repouso e a bobina se movimenta para a esquerda

Resposta: a.

Resolução:

Para que haja corrente elétrica na bobina precisa haver variação de fluxo, ou seja, o ímã deve se aproximar ou se afastar da bobina OU a bobina deve se aproximar ou se afastar do ímã. Na letra A, os dois se movem com a mesma velocidade para a direita, portanto, não há movimento relativo entre eles e consequentemente não há variação de fluxo.

4) (CEFET-PR) - A espira abaixo está se afastando do ímã com velocidade v, paralela ao eixo longitudinal do ímã.

Pode-se afirmar que:

a) se v é constante, então não existe corrente induzida na espira;

b) é induzida uma corrente na espira, de sentido tal que percorre o resistor de a para b;

c) a ddp entre a e b é diretamente proporcional ao quadrado a distância da espira ao pólo;

d) a ddp entre a e b é inversamente proporcional a v;

e) só existirá corrente induzida se a espira se deslocar perpendicularmente ao eixo longitudinal do ímã.

Resposta: b.

Resolução:

Segundo a Lei de Lenz, o sentido da corrente induzida é tal que o campo magnético por ela criado é oposto à variação do fluxo magnético que lhe deu origem. Como a espira está se afastando do ímã, há diminuição do fluxo magnético e, portanto, a corrente criada gerará um campo magnético de mesmo sentido do fluxo magnético da fonte. Desta forma, a corrente elétrica gerada na respira tem sentido que percorre o resistor de a para b (regra da mão direita).

5) (PUC-RS) - O fenômeno de indução eletromagnética é usado para gerar praticamente toda a energia elétrica que consumimos. Esse fenômeno consiste no aparecimento de uma força eletromotriz entre os extremos de um fio condutor submetido a um:

a) campo elétrico.

b) campo magnético invariável.

c) campo eletromagnético invariável.

d) fluxo magnético variável.

e) fluxo magnético invariável.

Resposta: d.

Resolução:

O fenômeno da indução eletromagnética consiste no aparecimento de uma força eletromotriz entre os extremos de um fio condutor submetido a um fluxo magnético variável.

6) (UFU-MG) - Quando o fio móvel da figura é deslocado para a direita, aparece no circuito uma corrente induzida i no sentido mostrado. O campo magnético existente na região A:

a) aponta para dentro do papel;

b) aponta para fora do papel;

c) aponta para a esquerda;

d) aponta para a direita;

e) é nulo.

Resposta: a.

Resolução:

O campo magnético existente aponta para dentro do papel.

Por que?

Como o fio é deslocado para a direita, a área "A" aumenta e com isso mais fluxo passa pela região. Segundo a Lei de Lenz, a corrente surge num sentido tal que produz um fluxo induzido em sentido contrário à variação do fluxo indutor que lhe deu origem. Portanto, o sentido contrário ao campo apontando para dentro do papel seria um fluxo apontando para fora do papel, o que corresponde à corrente "i" se você fizer a regra da mão direita.

7) (Enem 2014) - O funcionamento dos geradores de usinas elétricas baseia-se no fenômeno da indução eletromagnética, descoberto por Michael Faraday no século XIX. Pode-se observar esse fenômeno ao se movimentar um ímã e uma espira em sentidos opostos com módulo da velocidade igual a v, induzindo uma corrente elétrica de intensidade i, como ilustrado na figura.

A fim de se obter uma corrente com o mesmo sentido da apresentada na figura, utilizando os mesmos materiais, outra possibilidade é mover a espira para a:

A) esquerda e o ímã para a direita com polaridade invertida.

B) direita e o ímã para a esquerda com polaridade invertida

C) esquerda e o ímã para a esquerda com mesma polaridade

D) direita e manter o ímã em repouso com polaridade invertida.

E) esquerda e manter o ímã em repouso com mesma polaridade.

Resposta: a.

Resolução:

Quando se aproxima ou se afasta um ímã de uma espira, surge uma corrente elétrica induzida que vai produzir um campo oposto à variação de fluxo (Lei de Lenz). Pense o seguinte: se você aproximar o polo norte de um ímã à espira, surgirá um polo norte na espira, para se opor; se você afastar o polo norte de um ímã à espira, surgirá um polo sul na espira, para se opor também.

No fenômeno da questão, tanto o ímã como a espira estão se distanciando um do outro. Como o polo norte do ímã está se afastando e reduzindo a variação de fluxo, surge um polo sul na espira.

A questão pede como se obter uma corrente com o mesmo sentido da figura. Uma possibilidade é aproximar o polo sul do ímã à espira, movendo-a para a esquerda e o ímã para a direita, com polaridade invertida em relação inicial.

8) (UFRGS) - Entre os dispositivos elétricos citados nas alternativas, qual o que só pode funcionar com corrente elétrica alternada?

a) Rádio

b) Transformador

c) Lâmpada incandescente

d) Chuveiro

e) Ferro de passar roupa

Resposta: b.

Resolução:

Transformador é todo dispositivo capaz de transferir a energia elétrica proveniente de uma fonte de corrente alternada para um ou mais circuitos elétricos com tensão (diferença de potencial elétrico) superior ou inferior à inicial.

9) O fenômeno da indução eletromagnética permite explicar o funcionamento de diversos aparelhos, entre eles o transformador, o qual é um equipamento elétrico que surgiu no início do século 19, como resultado da união entre o trabalho de cientistas e engenheiros, sendo hoje um componente essencial na tecnologia elétrica e eletrônica. Utilizado quando se tem a necessidade de aumentar ou diminuir a tensão elétrica, o transformador é constituído por um núcleo de ferro e duas bobinas, conforme ilustra a figura a seguir. Uma das bobinas (chamada de primário) tem N1 espiras e sobre ela é aplicada a tensão U1, enquanto que a outra (chamada de secundário) tem N2 espiras e fornece a tensão U2.

Sobre o transformador, é correto afirmar:

a) É utilizado para modificar a tensão tanto em sistemas de corrente contínua quanto nos de corrente alternada.

b) Num transformador ideal, a potência fornecida ao primário é diferente da potência fornecida pelo secundário.

c) Quando o número de espiras N1 é menor que N2 , a corrente no secundário é maior que a corrente no primário.

d) Quando o número de espiras N1 é menor que N2 , a tensão U2 será maior que a tensão aplicada U1.

Resposta: d.

Resolução:

U1/U2 = N1/N2

Quando o número de espiras N1 é menor que N2 , a tensão U2 será maior que a tensão aplicada U1.

10) A transmissão de energia elétrica se dá a altas voltagens, mas, nas residências, as tomadas fornecem baixas voltagens. Transformadores são dispositivos eletromagnéticos que, baseados na lei de ____________, mudam o valor da ____________ elétrica ____________. Assinale a alternativa que completa as lacunas.

a) Faraday - tensão – alternada.

b) Faraday - tensão – contínua.

c) Ampere - tensão – alternada.

d) Ampere - força – alternada.

e) Ampere - força - contínua

Resposta: a.

Resolução:

Transformadores são dispositivos eletromagnéticos que, baseados na lei de Faraday, mudam o valor da tensão elétrica alternada.

Pela Lei de Faraday, quando tiver uma variação do fluxo magnético por meio de um circuito, aparecerá ali uma força eletromotriz induzida.

11) (PUC-PR) - Um ímã natural está próximo a um anel condutor, conforme a figura.

Considere as proposições:

I. Se existir movimento relativo entre eles, haverá variação do fluxo magnético através do anel e corrente induzida.

II. Se não houver movimento relativo entre eles, existirá fluxo magnético através do anel, mas não corrente induzida.

III. O sentido da corrente induzida não depende da aproximação ou afastamento do ímã em relação ao anel.

Estão corretas:

a) todas

b) somente III

c) somente I e II

d) somente I e III

e) somente II e III

Resposta: c.

Resolução:

Afirmação I: correta.

Afirmação II: correta. Só existirá corrente elétrica induzida se houver variação de fluxo magnético.

Afirmação III: incorreta. Depende sim!!

12) (Unicamp) - Um solenóide ideal, de comprimento 50 cm e raio 1,5 cm, contém 2000 espiras e é percorrido por uma corrente elétrica de 3,0 A. O campo de indução magnética B é paralelo ao eixo do solenóide e sua intensidade é dada por B = µ0.n.i, onde n é o número de espiras por unidade de comprimento e i é a corrente elétrica. Sendo µ0 = 4π.10^-7 N/A2:

a) Qual é o valor de B ao longo do eixo do solenóide?

b) Qual é a aceleração de um elétron lançado no interior do solenóide, paralelamente ao eixo?

Resposta: descritiva.

Resolução:

a)

n = 2000/0,5

n = 4000 espiras/metro

B = µ0 . n . i

B = 4π.10^-7.4.10^3.3

B = 150.10^-4

B = 1,5.10^-2 T

b)

Como a velocidade é paralela ao campo, a força magnética é nula, portanto: a = 0.

13) UFMG/2006 - Rafael utiliza duas bobinas, uma pilha, um interruptor e um amperímetro para fazer a montagem mostrada nesta figura:

Ele liga uma das bobinas em série com a pilha e com o interruptor, inicialmente, desligado. A outra bobina, ele a conecta ao amperímetro e a coloca próximo à primeira. Em seguida, Rafael liga o interruptor no instante t1 e desliga-o no instante t2. Assinale a alternativa cujo gráfico MELHOR representa a corrente no amperímetro, em função do tempo, na situação descrita.

Resposta: b.

Resolução:

Para gerar corrente induzida é preciso fazer o fluxo magnético Φ variar com o tempo T. Ao ligarmos o circuito, a corrente cria um campo magnético no solenóide, cujas linhas de indução irão passar pela bobina, esta ligada ao amperímetro.

O fluxo magnético aparece ao ligarmos o circuito, quando não havia nenhuma linha de indução. Nesta hora, ele varia. A partir daí, se deixarmos o circuito ligado, o fluxo passa a ser constante. Ele varia novamente ao desligarmos o circuito, quando então há fluxo, que desaparece. Note que ao ligar o fluxo aumenta e ao desligar o fluxo diminui. Assim, pela Lei de Lenz, “a corrente contraria a causa que a causou”, a corrente deve circular em sentidos opostos nos dois momentos: ligar e desligar.