Eletromagnetismo. secundário (com 1000 voltas), obteremos uma tensão de 110 V no seu primário (com 500 voltas).

Transcrição

1 Eletromagnetismo Questão 1 Na transmissão de energia elétrica das usinas até os pontos de utilização, não bastam fios e postes. Toda a rede de distribuição depende fundamentalmente dos transformadores, que ora elevam a tensão, ora a rebaixam. Nesse sobe e desce, os transformadores não só resolvem um problema econômico, como melhoram a eficiência do processo. O esquema abaixo representa esquematicamente um transformador ideal, composto por dois enrolamentos (primário e secundário) de fios envoltos nos braços de um quadro metálico (núcleo), e a relação entre as voltagens no primário e no secundário é dada por. secundário (com 1000 voltas), obteremos uma tensão de 110 V no seu primário (com 500 voltas). 16. Ao acoplarmos um transformador a uma tomada e a um aparelho elétrico, como não há contato elétrico entre os fios dos enrolamentos primário e secundário, o que impossibilita a passagem da corrente elétrica entre eles, não haverá transformação dos valores da corrente elétrica, somente da tensão. 32. O fluxo magnético criado pelo campo magnético que aparece quando o transformador é ligado depende da área da secção reta do núcleo metálico. 41 Em relação ao exposto, assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S). 01. O princípio básico de funcionamento de um transformador é o fenômeno conhecido como indução eletromagnética: quando um circuito fechado é submetido a um campo magnético variável, aparece no circuito uma corrente elétrica cuja intensidade é proporcional às variações do fluxo magnético. 02. No transformador, pequenas intensidades de corrente no primário podem criar grandes intensidades de fluxo magnético, o que ocasionará uma indução eletromagnética e o aparecimento de uma voltagem no secundário. 04. O transformador acima pode ser um transformador de elevação de tensão. Se ligarmos uma bateria de automóvel de 12 V em seu primário (com 48 voltas), iremos obter uma tensão de 220 V em seu secundário (com 880 voltas). 08. Podemos usar o transformador invertido, ou seja, se o ligarmos a uma tomada em nossa residência (de corrente alternada) e aplicarmos uma tensão de 220 V em seu Questão 2 Vários peixes, como o tubarão e a arraia, possuem órgãos que formam um par emissor e receptor sistema parecido com o radar para localizar alimentos e detectar inimigos. À medida que os objetos distorcem a forma do campo elétrico emitido por esses peixes, seus receptores percebem a mudança, revelando, assim, a localização dos objetos. Essa capacidade de detecção faz sentido porque todas as células no corpo funcionam como baterias. Uma bateria comum produz tensão, ou diferença de potencial elétrico, quando duas soluções salinas com cargas elétricas diferentes são separadas dentro de uma célula eletroquímica. Cargas opostas se atraem e o movimento resultante cria uma corrente elétrica. (Adaptado de Scientific American Brasil. Setembro p. 36) O campo magnético produzido por um fio condutor percorrido por corrente elétrica num ponto P tem intensidade proporcional à corrente elétrica e inversamente proporcional à distância desse ponto ao condutor. Dois fios condutores retilíneos, longos e paralelos, estão separados pela distância d e percorridos por correntes elétricas de intensidades 2 A e 4 A, em sentidos opostos. Considere os pontos I, II, III, IV e V, igualmente espaçados, sobre uma reta perpendicular aos fios condutores, como mostra a figura:

2 a) A tensão V, em volts, que deve ser produzida nos terminais do LED, para que ele acenda de acordo com suas especificações. b) A variação do fluxo do campo magnético através da espira, no movimento entre X 1 e X 2. c) O intervalo de tempo t, em s, durante o qual a barra deve ser deslocada entre as duas posições, com velocidade constante, para que o LED acenda. NOTE E ADOTE: O campo magnético resultante é nulo no ponto indicado por a) I. b) II. c) III. d) IV. e) V. A Questão 3 É possível acender um LED, movimentando-se uma barra com as mãos? Para verificar essa possibilidade, um jovem utiliza um condutor elétrico em forma de U, sobre o qual pode ser movimentada uma barra M, também condutora, entre as posições X 1 e X 2. Essa disposição delimita uma espira condutora, na qual é inserido o LED, cujas características são indicadas na tabela. Todo o conjunto é colocado em um campo magnético B (perpendicular ao plano dessa folha e entrando nela), com intensidade de 1,1 T. O jovem, segurando em um puxador isolante, deve fazer a barra deslizar entre X 1 e X 2. Para verificar em que condições o LED acenderia durante o movimento, estime: A força eletromotriz induzida é tal que. a) b) c) Questão 4 Na construção do aparato necessário para a projeção de um filme, utilizam-se princípios da óptica, da termodinâmica, da mecânica e do eletromagnetismo. Na figura I, é mostrado um esquema simplificado de um projetor cinematográfico. Esse projetor, constituído por uma lâmpada que consome 500 W de potência elétrica, está posicionado em uma sala de projeção

3 cuja temperatura inicial é de 20 ºC. Essa sala, que tem a forma de um paralelepípedo, com dimensões iguais a 10 m 5 m 4 m, contém matéria de densidade média igual a 1,4 g cm 3 e calor específico igual a 0,3 cal g 1 ºC 1. Nesse esquema, a variável d > 0 representa a distância entre a película e a lente do projetor, e a variável D > 0, a distância entre essa lente e a tela de projeção. O motor do projetor cinematográfico pode ser representado, simplificadamente, pelo diagrama da figura II, em que é mostrada a espira E conduzindo a corrente i. Essa espira é alimentada pela bateria F, que, por sua vez, é ligada às escovas S 1 e S 2, que fazem contato elétrico com duas peças de formato cilíndrico que estão rigidamente atreladas à espira. A espira, que se encontra no entreferro de um ímã, está livre para girar ao redor do eixo que passa pelo centro da roldana R, de raio r 1, conforme mostrado nas figuras I e II. Os projetores cinematográficos utilizam lâmpadas que contêm uma mistura de átomos dos elementos Ne, Ar, Kr e Xe. (A) 0 V 6 V (B) 0 V 24 V (C) 12 V 6 V (D) 12 V 24 V (E) 24 V 24 V B Questão 6 A bússola é empregada há muito tempo para orientação no espaço geográfico. Sobre os princípios de funcionamento da bússola e de orientação na superfície terrestre, assinale o que for correto. 01) A bússola consiste de uma agulha magnetizada que gira livremente, apoiada sobre uma base onde estão indicados os pontos cardeais. A partir das informações apresentadas no texto, julgue os itens a seguir (certo ou errado). Da forma como está montado o motor da figura II, o filme seria projetado com velocidade variável, problema que poderia ser resolvido escolhendo-se adequadamente a geometria utilizada para o ímã. Uma das funções das escovas utilizadas no motor ilustrado na figura II é manter a corrente elétrica fluindo pelo fio da espira sempre no mesmo sentido, enquanto esta gira. Considere que as paredes de um cinema possam ser construídas de um material que tenha a propriedade de ser deformado quando nele incidem ondas sonoras. Nesse caso, é correto concluir que essas paredes podem ser utilizadas com o intuito de diminuir a intensidade das ondas sonoras nelas refletidas, minimizando-se efeitos de ecos e interferência de ondas. C C C Questão 5 Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado a seguir, na ordem em que aparecem. Em um certo transformador ideal alimentado por uma fonte de tensão elétrica de 12 V, o número de espiras no enrolamento secundário é o dobro do número de espiras existentes no enrolamento primário. Nesse caso, a voltagem no enrolamento secundário será... se a fonte for contínua e será... se a fonte for alternada. 02) A rosa dos ventos indica os pontos cardeais, subcardeais e colaterais, empregando abreviaturas usadas internacionalmente. Os pontos colaterais são indicados como NNE, ENE, ESE, SSE, SSW, WSW, WNW e NNW. 04) A imantação ou magnetização pode ser obtida através da fricção, contato ou aproximação entre um imã permanente e um objeto constituído por material ferromagnético. 08) Os polos magnéticos da Terra não coincidem exatamente com os polos geográficos. Assim, para uma orientação precisa com o emprego da bússola, é necessário fazer uma correção angular. 16) A Terra cria no espaço a sua volta um campo magnético. É a ação desse campo magnético que faz com que a agulha da bússola tome a direção norte-sul magnética da Terra. 29 Questão 7 A figura ilustra um fio condutor e uma haste metálica móvel sobre o fio, colocados numa região de campo magnético uniforme espacialmente (em toda a região cinza da figura), com módulo B, direção perpendicular ao plano do fio e da haste e sentido indicado. Uma força de módulo F é aplicada na haste, e o módulo do campo magnético aumenta com o tempo. De acordo com a Lei de Faraday, é correto afirmar que:

4 R = m v/iqi B R p/r el = m p v p/m e v e, pois Iq pi = Iq ei b) R p/r el = 1830/5 = 366. A) o aumento de B com o tempo tende a gerar uma corrente no sentido horário, enquanto que a ação da força F tende a gerar uma corrente no sentido anti-horário. B) o aumento de B com o tempo tende a gerar uma corrente no sentido anti-horário, enquanto que a ação da força F tende a gerar uma corrente no sentido horário. Questão 9 O desenvolvimento do eletromagnetismo contou com a colaboração de vários cientistas, como Faraday, por exemplo, que verificou a existência da indução eletromagnética. Para demonstrar a lei de indução de Faraday, um professor idealizou uma experiência simples. Construiu um circuito condutor retangular, formado por um fio com resistência total R = 5 Ω, e aplicou através dele um fluxo magnético Φ cujo comportamento em função do tempo t é descrito pelo gráfico ao lado. O fluxo magnético cruza perpendicularmente o plano do circuito. Em relação a esse experimento, considere as seguintes afirmativas: C) ambos o aumento de B com o tempo e a ação da força F tendem a gerar uma corrente no sentido horário. D) ambos o aumento de B com o tempo e a ação da força F tendem a gerar uma corrente no sentido anti-horário. E) a ação da força F tende a gerar uma corrente no sentido horário, enquanto que o aumento de B com o tempo não tem influência sobre o sentido da corrente gerada. C Questão 8 Num aparelho de um laboratório de física nuclear, um elétron e um próton estão confinados numa região em que há um campo magnético uniforme. Ambos estão em movimento circular uniforme e as linhas do campo magnético são perpendiculares ao plano da circunferência descrita pelas duas partículas. Suponha que as duas partículas estão suficientemente separadas, de modo que uma não interfere no movimento da outra. Considere que a massa do próton é 1830 vezes maior que a massa do elétron, e que a velocidade escalar do elétron é 5 vezes maior que a velocidade escalar do próton. a) Deduza uma expressão algébrica para a razão dos raios das circunferências descritas pelo próton e pelo elétron. b) Calcule o valor numérico dessa razão. a) Como o campo e a velocidade são perpendiculares no MCU, F mag = F cp. IqI v B sen = m v²/r 1. A força eletromotriz induzida entre t = 2s e t = 4s vale 50 V. 2. A corrente que circula no circuito entre t = 2s e t = 4s tem o mesmo sentido que a corrente que passa por ele entre t = 8s e t = 12s. 3. A corrente que circula pelo circuito entre t = 4s e t = 8s vale 25 A. 4. A potência elétrica dissipada no circuito entre t = 8s e t = 12s vale 125 W. Assinale a alternativa correta. a) Somente as afirmativas 2 e 4 são verdadeiras. b) Somente as afirmativas 2 e 3 são verdadeiras. c) Somente as afirmativas 1, 3 e 4 são verdadeiras. d) Somente as afirmativas 1 e 4 são verdadeiras. e) As afirmativas 1, 2, 3 e 4 são verdadeiras. D Questão 10

5 O Efeito Hall consiste no acúmulo de cargas dos lados de um fio condutor de corrente quando esse fio está sujeito a um campo magnético perpendicular à corrente. Pode-se ver na figura (i) no espaço de resposta uma fita metálica imersa num campo magnético, perpendicular ao plano da fita, saindo do papel. Uma corrente elétrica atravessa a fita, como esse equipamento foi apontada para um tipo específico de filme fotográfico e entre o equipamento e o filme foi posicionado o pescoço de um indivíduo. Quanto mais exposto à radiação, mais escuro se torna o filme após a revelação. Após acionar o equipamento e revelar o filme, evidenciou-se a imagem mostrada na figura a seguir. resultado do movimento dos elétrons que têm velocidade, de baixo para cima até entrar na região de campo magnético. Na presença do campo magnético, os elétrons sofrem a ação da força magnética,, deslocando-se para um dos lados da fita. O acúmulo de cargas com sinais opostos nos lados da fita dá origem a um campo elétrico no plano da fita, perpendicular à corrente. Esse campo produz uma força elétrica, contrária à força magnética, e os elétrons param de ser desviados quando os módulos dessas forças se igualam, conforme ilustra a figura (ii) no espaço de resposta. Considere que o módulo do campo elétrico nessa situação é E = 1, V/m. a) A fita tem largura L = 2,0 cm. Qual é a diferença de potencial medida pelo voltímetro V na situação da figura (ii)? b) Os módulos da força magnética e da força elétrica da figura (ii) são dados pelas expressões F B = qvb e F E = qe, respectivamente, q sendo a carga elementar. Qual é a velocidade dos elétrons? O módulo do campo magnético é B = 0, 2 T. Dentre os fenômenos decorrentes da interação entre a radiação e os átomos do indivíduo que permitem a obtenção desta imagem inclui-se a A absorção da radiação eletromagnética e a consequente ionização dos átomos de cálcio, que se transformam em átomos de fósforo. B maior absorção da radiação eletromagnética pelos átomos de cálcio que por outros tipos de átomos. C maior absorção da radiação eletromagnética pelos átomos de carbono que por átomos de cálcio. D maior refração ao atravessar os átomos de carbono que os átomos de cálcio. E maior ionização de moléculas de água que de átomos de carbono. B Questão 11 Considere um equipamento capaz de emitir radiação eletromagnética com comprimento de onda bem menor que a da radiação ultravioleta. Suponha que a radiação emitida por Questão 13 ENEM MEC Os motores elétricos são dispositivos com diversas aplicações, dentre elas, destacam-se aquelas que proporcionam conforto e praticidade para as pessoas. É inegável a preferência pelo uso de elevadores quando o objetivo é o transporte de pessoas pelos andares de prédios elevados. Nesse caso, um

6 dimensionamento preciso da potência dos motores utilizados nos elevadores é muito importante e deve levar em consideração fatores como economia de energia e segurança. Considere que um elevador de 800 kg, quando lotado com oito pessoas ou 600 kg, precisa ser projetado. Para tanto, alguns parâmetros deverão ser dimensionados. O motor será ligado à rede elétrica que fornece 220 volts de tensão. O elevador deve subir 10 andares, em torno de 30 metros, a uma velocidade constante de 4 metros por segundo. Para fazer uma estimativa simples da potência necessária e da corrente que deve ser fornecida ao motor do elevador para ele operar com lotação máxima, considere que a tensão seja contínua, que a aceleração da gravidade vale 10 m/s 2 e que o atrito pode ser desprezado. Nesse caso, para um elevador lotado, a potência média de saída do motor do elevador e a corrente elétrica máxima que passa no motor serão respectivamente de (A) 24 kw e 109 A. (B) 32 kw e 145 A. (C) 56 kw e 255 A. (D) 180 kw e 818 A. (E) 240 kw e A. C 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. A Questão 15 ENEM MEC Um circuito em série é formado por uma pilha, uma lâmpada incandescente e uma chave interruptora. Ao se ligar a chave, a lâmpada acende quase instantaneamente, irradiando calor e luz. Popularmente, associa-se o fenômeno da irradiação de energia a um desgaste da corrente elétrica, ao atravessar o filamento da lâmpada, e à rapidez com que a lâmpada começa a brilhar. Essa explicação está em desacordo com o modelo clássico de corrente. Questão 14 ENEM MEC 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. De acordo com o modelo mencionado, o fato de a lâmpada acender quase instantaneamente está relacionado à rapidez com que a) o fluido elétrico se desloca no circuito. b) as cargas negativas móveis atravessam o circuito. c) a bateria libera cargas móveis para o filamento da lâmpada. d) o campo elétrico se estabelece em todos os pontos do circuito. e) as cargas positivas e negativas se chocam no filamento da lâmpada. D