Exercícios de Física. Prof. Panosso. Fontes de campo magnético

Transcrição

1 1) A fgura mostra um prego de ferro envolto por um fo fno de cobre esmaltado, enrolado mutas vezes ao seu redor. O conjunto pode ser consderado um eletroímã quando as extremdades do fo são conectadas aos pólos de um gerador, que, no caso, são duas plhas dêntcas, assocadas em sére. A respeto do descrto, fazem-se as seguntes afrmações: I - Ao ser percorrdo por corrente elétrca, o eletroímã apresenta polardade magnétca. Na representação da fgura, a extremdade A (cabeça do prego) será um pólo norte e a extremdade B será um pólo sul. II - Ao aproxmar-se um prego de ferro da extremdade A do eletroímã e outro da extremdade B, um deles será atraído e o outro será repeldo. III - Ao substtur-se se o conjunto de duas plhas por outro de 6 plhas dêntcas às prmeras, também assocadas em sére, a ntensdade do vetor ndução magnétca no nteror e nas extremdades do eletroímã não sofrerá alteração, uma vez que esse valor ndepende da ntensdade da corrente elétrca que crcula no fo. Está correto apenas o que se afrma em a) I e II. b) II e III. c) I e III. d) I. e) III. 2) Indque a alternatva errada: a) Dos fos longos e paralelos se atraem quando estão passando por eles correntes elétrcas no mesmo sentdo. b) Dobrando-se ao mesmo tempo o número de espras e o comprmento de uma bobna solenóde, mantêm-se nalterado o valor do campo magnétco no centro da mesma. c) A ntensdade do campo magnétco no centro de uma espra crcular ndepende do rao da espra. d) Ao se dvdr um mã em dos pedaços formam-smãs. dos novos e) O pólo norte de um mã tende a alnhar-se com o sul magnétco da Terra (norte geográfco da Terra). 3) O Eletromagnetsmo estuda os fenômenos que surgem da nteração entre campo elétrco e campo magnétco. Hans Chrstan Oersted, em 1820, realzou uma experênca fundamental para o desenvolvmento do eletromagnetsmo, na qual constatou que a agulha de uma bússola era defletda sob a ação de uma corrente elétrca percorrendo um fo condutor próxmo à bússola. A fgura a segur representa as secções transversas de dos fos condutores A e B, retos, extensos e paralelos. Esses condutores são percorrdos por uma corrente elétrca cujo sentdo está ndcado na fgura a segur. Uma pequena bússola é colocada no ponto P eqüdstante dos fos condutores. Desprezando os efetos do campo magnétco terrestre e consderando a ndcação N para pólo norte e S para pólo sul, a alternatva que apresenta a melhor orentação da agulha da bússola é 4) Um fo condutor reto e vertcal passa por um furo em uma mesa, sobre a qual, próxmo ao fo, são colocadas uma esfera carregada, pendurada em uma lnha de materal solante, e uma bússola, como mostrado na fgura: Incalmente, não há corrente elétrca no fo e a agulha da bússola aponta para ele, como se vê na fgura. Em certo nstante, uma corrente elétrca constante é estabelecda no fo. Consderando-se essas nformações, é CORRETO afrmar que, após se estabelecer a corrente elétrca no fo, a) a agulha da bússola va apontar para uma outra dreção e a esfera permanece na mesma posção. b) a agulha da bússola va apontar para uma outra dreção e a esfera va se aproxmar do fo. c) a agulha da bússola não se desva e a esfera permanece na mesma posção. d) a agulha da bússola não se desva e a esfera va se afastar do fo. 5) A fgura a segur representa dos fos muto longos, paralelos e perpendculares ao plano da págna. Os fos são percorrdos por correntes guas e no mesmo sentdo, sando do plano da págna. O vetor campo magnétco no ponto P, ndcado na fgura, é representado por: 6) Numa fera de cêncas, um estudante montou uma experênca para determnar a ntensdade do campo magnétco da Terra. Para tanto, fxou um pedaço de fo de cobre na borda de uma mesa, na dreção vertcal. Numa folha de papel, desenhou dos segmentos de retas perpendculares entre s e colocou uma bússola de manera que a dreção Norte-Sul concdsse com uma das retas, e o centro da bússola concdsse com o ponto de cruzamento das retas. O papel com a bússola fo colocado sobre a mesa de forma que a lnha orentada na dreção Norte-Sul encostasse no fo de cobre. O fo fo lgado a uma batera e, em função dsso, a agulha da bússola sofreu uma deflexão. A fgura mostra parte do esquema da construção e a orentação das lnhas no papel. a) Consderando que a resstênca elétrca do fo é de 0,2Ω, a tensão elétrca da batera é de 6,0V, a dstânca do fo ao centro da bússola é de 0,1m e desprezando o atrto da agulha da bússola com o seu suporte, determne a ntensdade do campo magnétco gerado pela corrente elétrca que atravessa o fo no local onde está o centro da agulha da bússola. Dado: µ = 4π x 10-7 T.m/A b ) Consderando que, numa posção dferente da anteror, mas ao longo da mesma dreção Norte-Sul, a agulha tenha sofrdo uma deflexão de 60 para a dreção Oeste, a partr da d reção Norte, e que nesta posção a ntensdade do campo magnétco devdo à corrente elétrca no fo é de 2Ë3 10 T, determne a ntensdade do campo magnétco da Terra no local do expermento. 1

2 7) A fgura a segur mostra uma pequena chapa metálca mantada que flutua sobre a água de um recpente. Um fo elétrco está colocado sobre esse recpente. O fo passa, então, a conduzr uma ntensa corrente elétrca contínua, no sentdo da esquerda para a dreta. A alternatva que melhor representa a posção da chapa metálca mantada, após um certo tempo, é 8) A fgura representa 4 bússolas apontando, ncalmente, para o polo norte terrestre. Pelo ponto O, perpendcularmente ao plano do papel, coloca-se um fo condutor retlíneo e longo. Ao se fazer passar pelo condutor uma corrente elétrca contínua e ntensa no sentdo do plano do papel para a vsta do letor, permanece pratcamente nalterada somente a posção a) das bússolas A e C. b) das bússolas B e D. c) das bússolas A, C e D. d) da bússola C. e) da bússola D. 9) Dos fos condutores retlíneos cruzamse perpendcularmente. A corrente no condutor X tem ntensdade e, no condutor Y, a corrente é 3. Seja B o módulo do campo magnétco crado pela corrente de X, no ponto P. O módluo do campo resultante em P é: a) zero b) B c) 2B d) BË2 e) BË3 10) Dos fos longos e retlíneos são dspostos perpendcularmente entre s e percorrdos por correntes elétrcas de ntensdades e como mostra a fgura a segur. O módulo do campo magnétco resultante, gerado pelas correntes nos dos fos, pode ser nulo SOMENTE em pontos dos quadrantes a) I e II b) I e III c) I e IV d) II e III e) II e IV 11) Uma bússola é colocada sobre uma mesa horzontal, próxma a dos fos comprdos, F1 e F2, percorrdos por correntes de mesma ntensdade. Os fos estão dspostos perpendcularmente à mesa e a atravessam. Quando a bússola é colocada em P, sua agulha aponta na dreção ndcada. Em seguda, a bússola é colocada na posção 1 e depos na posção 2, ambas eqüdstantes dos fos. Nessas posções, a agulha da bússola ndcará, respectvamente, as dreções 12) Em uma excursão acadêmca, um aluno levou uma lanterna com uma bússola acoplada. Em váras posções durante o da, ele observou que a bússola mantnha sempre uma únca orentação, perpendcular à dreção seguda pelo Sol. À note, estando a bússola sobre uma mesa e próxma de um fo perpendcular a ela, notou que a bússola mudou sua orentação, no momento em que fo lgado um gerador de corrente contínua. A orentação ncal da agulha da bússola é a mostrada na fgura a segur, onde a seta preenchda ndca o sentdo fo campo magnétco da Terra. Ao lgar o gerador, a corrente sobre o fo (sando do plano da lustração). Assm, a orentação da bússola passará a ser a segunte: a) b) c) d) e) 13) A fgura abaxo representa dos fos retlíneos e longos, (1) e (2), mostrados em corte, percorrdos por correntes elétrcas 1 e 2, perpendculares à folha de papel. Baseado no texto e em seus conhecmentos sobre Eletromagnetsmo, é correto afrmar que o campo magnétco no ponto A só poderá ser nulo se 1 e 2 forem tas que a) 1 < 2 e tverem ambos o mesmo sentdo. b) 1 < 2 e tverem sentdos opostos. c) 1 > 2 e tverem ambos o mesmo sentdo. d) 1 > 2 e tverem sentdos opostos. e) 1 = 2 e tverem sentdos opostos. 14) No vácuo, onde a constante de permssvdade magnétca vale, µ = 4π x 10-7 T.m/A há um fo retlíneo muto longo pelo qual passa uma corrente elétrca contínua de 2,5 A de ntensdade, como 2

3 mostra a fgura. Essa corrente gera no ponto A um campo magnétco de ntensdade 5µT. 18) Um trecho de condutor retlíneo l, apoado sobre uma mesa, é percorrdo por uma corrente elétrca contínua de ntensdade. Um estudante coloca uma bússola horzontalmente, prmero sobre o condutor (stuação I) e depos sob o condutor (stuação II). Supondo desprezível a ação do campo magnétco terrestre sobre a agulha (dada a forte ntensdade da corrente., a fgura que melhor representa a posção da agulha da bússola, observada de cma para baxo pelo estudante, nas stuações I e II, respectvamente, é: Qual é a dstânca d que separa o ponto A do fo? 15) O magnetsmo e a eletrcdade eram fenômenos já bem conhecdos, quando, em 1820, Hans Chrstan Oersted (1777 a 1851) observou que uma agulha magnétca era desvada quando uma corrente elétrca passava por um fo próxmo. A partr daí, eletrcdade e magnetsmo passaram a ser reconhecdos como fenômenos de uma mesma orgem. A fgura ao lado representa um fo percorrdo por uma corrente de grande ntensdade, stuado acma de uma agulha magnétca. A partr dessas nformações, é correto afrmar que a) a fgura é coerente, pos uma agulha magnétca tende a se orentar na mesma dreção do fo no qual passa a corrente. b) a fgura não é coerente, pos uma agulha magnétca tende a se orentar segundo um ângulo de 45, em relação ao f o no qual passa a corrente. c) a fgura não é coerente, pos uma agulha magnétca tende a se orentar perpendcularmente ente ao fo no qual passa a corrente. d) a fgura é coerente, pos a orentação da agulha magnétca e a da corrente que percorre o fo são guas, e o pólo sul da agulha aponta para a esquerda. e) a fgura não é coerente, pos a orentação da agulha magnétca e a da corrente que percorre o fo são guas, porém o pólo sul da agulha devera estar apontando para a dreta. 16) Dos fos longos, retlíneos e paralelos, separados por uma dstânca d, são perpendculares ao plano da págna (veja a fgura). Pelo fo 1 passa uma corrente I 1, cujo sentdo é para dentro da págna. O módulo e o sentdo da corrente que deve passar pelo fo 2, para que o campo magnétco resultante no ponto P seja nulo, devem ser, respectvamente, a) 2/3 de I 1 e para fora da págna. b) 2/3 de I 1 e para dentro da págna. c) 1/3 de I 1 e para dentro da págna. d) 1/3 de I 1 e para fora da págna. 17) A fgura mostra dos fos condutores retlíneos muto longos colocados perpendcularmente um ao outro, mas sem se tocarem, transportando a mesma corrente I nos sentdos ndcados pelas setas na fgura. Os números 1, 2, 3 e 4 ndcam as correspondentes regões no plano formado pelos dos fos. O campo magnétco total gerado pelas duas correntes pode ser nulo em pontos localzados: a) Nas regões 1 e 3. b) Nas regões 1 e 2. c) Nas regãões 3 e 4. d) Nas regões 2 e 4. e) Nas regões 1 e 4. 19) Três fos vertcas e muto longos atravessam uma superfíce plana e horzontal, nos vértces de um trângulo sósceles, como na fgura abaxo desenhada no plano. Por dos deles (*), passa uma mesma corrente que sa do plano do papel e pelo tercero (X), uma corrente que entra nesse plano. Desprezando-se se os efetos do campo magnétco terrestre, a dreção da agulha de uma bússola, colocada eqüsdstante deles, sera melhor representada pela reta a) A A b) B B c) C C d) D D e) perpendcular ao plano do papel. 20) A fgura representa dos condutores retlíneos colocados paralelamente. Os dos condutores estão submetdos a uma corrente elétrca de mesma ntensdade, conforme fgura. Consdere as afrmatvas. I. A ntensdade do campo magnétco resultante no ponto A corresponde à soma das ntensdades dos campos crados pela corrente elétrca em cada condutor. II. A ntensdade do campo magnétco resultante no ponto A é nula, pos as correntes elétrcas têm sentdos opostos. III. A ntensdade do campo magnétco resultante no ponto A é nula, pos as correntes elétrcas não geram campo magnétco. IV. Os condutores fcam sujetos a forças de orgem magnétca. É correta ou são corretas: 3

4 a) I e IV. b) apenas II. c)apenas III. d) II e III. e) apenas I. 21) Quatro fos retlíneos e longos estão dspostos nos vértces de um quadrado de lado 1m, percorrdos por correntes ndcadas na fgura a segur. espras, então pode-se afrmar que o vetor campo magnétco resultante está A B 10 A 10 A 5 A C D 5 A a) sando da regão A, entrando na regão B b) sando da regão A, sando da regão B c) entrando na regão A, sando da regão B d) entrando na regão A, entrando na regão B e) nulo na regão A, sando da regão B Calcule a ntensdade do vetor magnétco no centro do quadrado. Dê sua resposta em função de π e µ 0. 22) Uma espra crcular de rao R é percorrda por uma corrente. A uma dstânca 2R de seu centro encontra-se um condutor retlíneo muto longo que é percorrdo por uma corrente 1 (conforme a fgura). As condções que permtem que se anule o campo de ndução magnétca no centro da espra, são, respectvamente 1 a) (1/) = 2π e a corrente na espra no sentdo horáro. b) (1/) = 2π e a corrente na espra no sentdo ant-horáro. c) (1/) = π e a corrente na espra no sentdo horáro. d) (1/) = π e a corrente na espra no sentdo ant-horároe) (1/) = 2 e a corrente na espra no sentdo horáro. 23) Uma espra crcular de rao 4 cm está no plano do papel, conforme mostra a fgura abaxo. Na regão da espra tem-se vácuo, cuja constante de permeabldade magnétca é 4πx 10 7 T m/a. Quando a espra for percorrda por uma corrente elétrca de ntensdade 6A, o campo de ndução magnétca no seu centro é melhor representado pela alternatva: a) T, entrando no plano; b) 3, T, sando do plano; c) 3, T, entrando no plano; d) 3, T, sando do plano; e) 3, T, entrando no plano. R 2R 26) Uma espra crcular condutora é percorrda por uma corrente elétrca de ntensdade e perfura ortogonalmente uma superfíce plana e horzontal, conforme a fgura acma. O segmento CD, pertencente ao plano da superfíce, é dâmetro dessa espra e o segmento AB, também pertencente a esse plano, é perpendcular a CD, assm como EF é perpendcular a GH e ambos coplanares aos segmentos anterores. Se apoarmos o centro de uma pequena agulha mantada sobre o centro da espra, com lberdade de movmento, ela se alnhará a: a) AB b) CD c) EF d) GH e) um segmento dferente desses menconados. 27) O condutor retlíneo muto longo ndcado na fgura é percorrdo pela corrente I=62,8A. O valor da corrente I na espral crcular de rao R, a fm de que seja nulo o campo magnétco resultante no centro O da mesma, será gual a: a) nulo b) 1A c) 1000A d) 100A e) 10A 28) Duas espras crculares concêntrcas de raos r e 2r são percorrdas pelas correntes e 2, respectvamente. A espra 1 está no plano xz e a espra 2 no plano yz e o centro comum das espras está localzado no ponto o O, conforme a fgura a segur, determne o vetor campo magnétco resultante no ponto O (módulo, dreção e sentdo). 24) A fgura abaxo mostra duas espras condutoras concêntrcas de raos R 2 = 2R 1 colocadas no vácuo. Se a corrente 2 = 4 1, calcule o vetor ndução magnétca resultante no centro da espra. 25) A fgura a segur representa duas espras crculares e coplanares, almentadas por uma mesma fonte e consttuídas de fos de mesma secção transversal com resstvdade elétrca dferentes. O fo da espra externa possu alta resstvdade e o da espra nterna, baxa resstvdade. Consderando como regão A o espaço dentro da espra nterna e, regão B, o espaço entre as 4

5 29) A fgura a segur representa um eletroímã e um pêndulo, cuja massa presa à extremdade é um pequeno mã. Ao fechar a chave C, é correto afrmar que (01) o mã do pêndulo será repeldo pelo eletroímã. (02) o mã do pêndulo será atraído pelo eletroímã. (04) o mã do pêndulo rá grar 180 em torno do f o que o suporta. (08) o pólo sul do eletroímã estará à sua dreta. (16) o campo elétrco no nteror do eletroímã é nulo. Sabendo que a expressão para determnação da ntensdade do campo magnétco é, que a permeabldade magnétca do ferro é -4 µ = 3 10 T.m/A que a ntensdade de corrente que percorrerá o fo será de 2,0 A, determne número de espras por metro de solenode. Admtndo que a corrente elétrca crcule em torno do clndro de ferro como ndcado na fgura, qual será o pólo norte do ferro. 30) Consdere dos solenódes A e B percorrdos por uma corrente elétrca cujo sentdo é ndcado na fgura. Qual é a afrmação verdadera? 33) Na fgura, estão representados uma bobna (fo enrolado em torno de um tubo de plástco) lgada em sére com um resstor de resstênca R e uma batera. Próxmo à bobna, está colocado um ímã com os pólos norte (N) e sul (S) na posção ndcada. O ímã e a bobna estão fxos nas posções mostradas na fgura. A B a) A e B se atraem; b) A extremdade de B mas próxma de A corresponde ao pólo norte do solenóde B; c) A extremdade de A mas próxma de B corresponde ao pólo norte do solenóde A. d) A e B se repelem; 31) Uma bobna de fo condutor está nas vznhanças de um ímã, em repouso, como é mostrado na fgura abaxo. Após a chave C ser fechada, pode-se afrmar: a) O campo magnétco no nteror da bobna está orentado de D para E. b) O ímã será repeldo pela espra de fo condutor. c) O ímã será atraído pela espra de fo condutor. d) Haverá a nversão dos pólos no ímã. 32) Um professor deseja construr um eletroímã que seja capaz de gerar um campo magnétco de ntensdade T. Para sso, enrola um fo de cobre em torno de um clndro de ferro, como ndca a fgura. Com base nessas nformações, é CORRETO afrmar que a) a bobna não exerce força sobre o ímã. b) a força exercda pela bobna sobre o ímã dmnu quando se aumenta a resstênca R. c) a força exercda pela bobna sobre o ímã é dferente da força exercda pelo ímã sobre a bobna. d) o ímã é repeldo pela bobna. 34) fgura representa uma batera, de força eletromotrz E e resstênca nterna r = 5,0Ω,, lgada a um solenóde de 200 espras. Sabe-se que o amperímetro marca 200 ma e o voltímetro marca 8,0 V, ambos supostos deas. a) Qual o valor da força eletromotrz da batera? b) Qual a ntensdade do campo magnétco gerado no ponto P, localzado no meo do nteror vazo do solenóde? GABARITO: 1) d; 2) c; 3) c; 4) a; 5) a; 6) a) 6x 10-5 T, b) 2 x10-5 T; 7) c; 8) d; 8) c; 10) b; 11) a; 12) a; 13) a; 14) 0,1m; 15) c; 16) b; 17) a; 18) e 19) a; 20) a; 21) 5µ 0 / π ; 22) b; 23) b; 24) µ 1 /2R 1, entrando no plano do papel; 25) c; 26) a; 27) a; 28) 2 µ/2r; 29) 26; 30) d; 31) b; 32) 20esprras/m, lado esquerdo; 33) b; 34) a) 9V, b) 8π x 10-5 T. 5