UEM 2015 (Verão, Conhecimentos Específicos) — questão 13 de Física

Gabarito 23Magnetismo — campo no solenoide e na espira circular, uniformidade do campo e indução eletromagnéticaVestibular de Verão · Conhecimentos Específicos de Física (somatória)
Enunciado — imagem da prova
Enunciado da questão 13 de Física do UEM 2015 (Verão, Conhecimentos Específicos)

Enunciado em texto

Um solenoide é um dispositivo físico composto de um conjunto de espiras circulares capaz de gerar um campo magnético em seu interior, quando submetido a uma diferença de potencial. Este dispositivo pode ser encontrado, por exemplo, no sistema do “motor de arranque” de carros de passeio. Considere a permeabilidade magnética no vácuo como sendo 4π×10−74\pi \times 10^{-7} T.m/A, π\pi = 3,14 e desconsidere o campo magnético terrestre. Assinale a(s) alternativa(s) correta(s).

(01) Quando uma pessoa gira a chave para dar partida em seu carro, uma corrente elétrica de 20 A percorre o solenoide do “motor de arranque” e gera um campo magnético de aproximadamente 25×10−325 \times 10^{-3} T em seu interior. Esse solenoide tem um comprimento de 20 cm e possui 200 espiras.

(02) O campo magnético gerado no interior de um solenoide percorrido por uma corrente elétrica, excluindo-se os efeitos das bordas, é um campo uniforme.

(04) Se este dispositivo for composto de uma única espira de raio 5,0 cm, o campo magnético no centro desta espira, quando a corrente elétrica é de 20 A, é menor do que 0,3×10−30{,}3 \times 10^{-3} T.

(08) Um ímã é aproximado com velocidade constante do solenoide. Devido a essa aproximação, um campo magnético é gerado no solenoide de modo a aumentar a variação do fluxo magnético através das espiras do solenoide.

(16) Um ímã no formato de uma haste é inserido no solenoide e dele retirado numa frequência de 30 vezes por minuto. Devido a este movimento do ímã em relação ao solenoide, uma tensão elétrica alternada é induzida no solenoide.

(Enunciado: Vestibular UEM 2015 (Verão), Conhecimentos Específicos — UEM/CVU.)

Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Estadual de Maringá (UEM), Comissão Central do Vestibular Unificado (CVU).

Resolução comentada

O que a questão pede: calcular campos de solenoide e de espira e julgar afirmações sobre indução.

(01) Verdadeira. No interior do solenoide:

B=μ0 NL iB = \mu_0\,\frac{N}{L}\,i

B=4π×10−7⋅2000,2⋅20B = 4\pi \times 10^{-7} \cdot \frac{200}{0{,}2} \cdot 20

B=8π×10−3≈25,1×10−3 TB = 8\pi \times 10^{-3} \approx 25{,}1 \times 10^{-3}\ \text{T}

(02) Verdadeira. Longe das extremidades, as linhas de campo dentro do solenoide são paralelas e igualmente espaçadas: o campo é uniforme, B=μ0niB = \mu_0 n i.

(04) Verdadeira. No centro de uma espira circular:

B=μ0 i2R=4π×10−7⋅202⋅0,05B = \frac{\mu_0\,i}{2R} = \frac{4\pi \times 10^{-7} \cdot 20}{2 \cdot 0{,}05}

B=8π×10−5≈0,25×10−3 TB = 8\pi \times 10^{-5} \approx 0{,}25 \times 10^{-3}\ \text{T}

Menor que 0,3×10−30{,}3 \times 10^{-3} T.

(08) Falsa. Pela lei de Lenz, a corrente induzida cria um campo que se opõe à variação do fluxo: com o ímã se aproximando, o fluxo cresce, e o campo induzido age para reduzir esse aumento (o solenoide repele o ímã).

(16) Verdadeira. Ao entrar, o fluxo aumenta; ao sair, diminui. A fem induzida troca de sinal a cada movimento: é uma tensão alternada (aqui, com 30 ciclos por minuto, 0,5 Hz).

⚠️ A armadilha: na (08), achar que a indução “reforça” a variação. Se reforçasse, a energia surgiria do nada; a oposição (Lenz) é a conservação da energia.

A ideia em uma frase: no solenoide B = μ₀ N i / L; na espira B = μ₀ i / 2R; e a corrente induzida sempre se opõe à variação do fluxo.

Resposta: soma 23 (01 + 02 + 04 + 16).

Vídeo em breve

A resolução em vídeo desta questão ainda não foi gravada. A explicação escrita acima está completa, passo a passo. Novos vídeos saem no canal do Professor Filatte.

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