PLANO DE AULA COM APLICAÇÕES DE INDUÇÃO MAGNÉTICA!

1. ETEMB Física – Indução Magnética
Júlio César 1
INTRODUÇÃO
Indução eletromagnética é o fenômeno relacionado ao
aparecimento de uma corrente elétrica em um condutor imerso
em um campo magnético, quando ocorre variação do fluxo
que o atravessa.
LEI DE LENZ
Quando o número das linhas de campo que atravessam um
circuito varia, nesse circuito aparece uma corrente elétrica
denominada corrente induzida.
A corrente induzida em um circuito aparece sempre com um
sentido tal que o campo magnético que ele cria tende a
contrariar a variação do fluxo magnético através da espira.
Fluxo magnético
Suponha uma superfície plana de área A que é colocada na
presença de um campo magnético uniforme e de indução
magnética B. Seja n normal à superfície e θ o ângulo que n
faz com a direção da indução magnética.
BAcos
 
=
Lei de Faraday
O sinal negativo que aparece nessa expressão representa
matematicamente a lei de Lenz. Esta lei está relacionada ao
princípio de conservação da energia, conforme se discute
adiante.
Segundo a lei de Faraday, se o fluxo do campo magnético
(ΔΦB) através da superfície limitada por um circuito varia com
o tempo, aparece nesse circuito uma força eletromotriz (fem)
induzida. Matematicamente:
t



= −

Essa é uma lei essencial do Eletromagnetismo, posto que de
seu estudo se criou os geradores. Além disso, a partir dela foi
possível a produção de energia elétrica em larga escala.
A unidade no SI é o weber, unidade equivalente ao tesla-
metro quadrado (Tm²), dado que o campo magnético se
mede em tesla (T) e a área em metro quadrado (m²).
Transformadores
Dispositivo que não tem partes móveis e transmiti energia
elétrica ou potência elétrica de um circuito a outro, utiliza a lei
de indução de Faraday.
O aumento ou a diminuição da tensão induzida, depende da
relação entre o número de espiras (voltas do fio) nas duas
bobinas (primário e secundário).
Se o número de espiras no secundário for maior que no
primário o transformador irá elevar a tensão e sendo ao
contrário, ele irá abaixar a tensão.
P P
S S
U N
U N
=
Onde:
• UP é a tensão no primário;
• US é a tensão no secundário;
• NP é o número de espiras do primário;
• NS é o número de espiras do secundário
• .
EXERCÍCIO CONTEXTUALIZADO
Tasers são armas de eletrochoque que usam uma corrente
elétrica para imobilizar pessoas que estejam representando
alguma ameaça a alguém ou à ordem pública. O sistema
interno da arma cria e trata a corrente elétrica que será
descarregada por meio dos fios de cobre. Capacitores,
transformadores e baterias são peças fundamentais nesse
processo (ver figura abaixo).
Nesse sentido, assinale a alternativa correta que completa as
lacunas das frases a seguir:
O transformador é um equipamento elétrico que tem seu
princípio de funcionamento baseado na _______________. A
bateria é uma fonte de energia que transforma energia
_________________ em energia elétrica. O capacitor é um
dispositivo que armazena ___________________.

2. ETEMB Física – Indução Magnética
Júlio César 2
LEITURA COMPLEMENTAR
Geradores de corrente alternada
Uma das mais importantes aplicações da indução
eletromagnética é na geração de energia elétrica. Com essa
descoberta passou a ser possível a geração deste tipo de
energia em larga escala.
Essa geração pode ocorrer em instalações complexas, como é
o caso das usinas de energia elétrica, até as mais simples
como nos dínamos de bicicletas.
Existem diversos tipos de usinas de energia elétrica, mas
basicamente o funcionamento de todas utiliza o mesmo
princípio. Nessas usinas, a produção de energia elétrica
ocorre através da energia mecânica de rotação de um eixo.
Nas usinas hidrelétricas, por exemplo, a água é represada em
grandes barragens. O desnível provocado por esse
represamento faz com que a água se movimente.
Esse movimento é necessário para girar as pás da turbina que
é ligada ao eixo do gerador de eletricidade. A corrente
produzida é alternada, ou seja, seu sentido é variável.
EXERCÍCIOS
1. Uma espira quadrada de lado R = 2cm é imersa em um
campo magnético uniforme de intensidade 2T. Qual é o fluxo
de indução nessa espira em cada um dos seguintes casos:
a) o plano da espira é paralelo às linhas de indução;
b) o plano da espira é perpendicular às linhas de indução;
c) a reta normal ao plano forma um ângulo de 60° com as
linhas de indução.
2. A principal aplicação da Indução Magnética, ou
eletromagnética, é a sua utilização na obtenção de energia.
Podem-se produzir pequenas f.e.m. com um experimento bem
simples. Considere uma espira quadrada com 0,4 m de lado
que está totalmente imersa num campo magnético uniforme
(intensidade B = 5,0 Wb/m2) e perpendicular às linhas de
indução. Gira-se essa espira até que ela fique paralela às
linhas de campo.
Sabendo-se que a espira acima levou 0,2 segundos para ir da
posição inicial para a final, a alternativa correta que apresenta
o valor em módulo da f.e.m. induzida na espira, em volts, é:
(a) 1,6 (b) 8 (c) 4 (d) 0,16 (e) 0,08
3. Um campo magnético atua perpendicularmente sobre uma
espira circular de raio 10cm, gerando um fluxo de indução
magnética de 1Wb. Qual a intensidade do campo magnético?
4. O fluxo magnético através de uma espira condutora era de
20,0 Wb/s. Após um intervalo de tempo de 2,0 s, esse fluxo
torna-se nulo, devido à rotação do plano da espira. O módulo
da força eletromotriz induzida durante essa rotação foi de
(a) 10,0 V (b) 15,0 V (c) 20,0 V
(d) 40,0 V (e) 35,0 V
5. Assinale a alternativa que apresenta apenas dispositivos
que funcionam por meio do fenômeno da indução
eletromagnética.
(a) Transformadores, fornos de indução, panela elétrica.
(b) Geradores, ferro de passar, chuveiro elétrico.
(c) Televisão, rádio, lâmpada incandescente.
(d) Transformadores, detectores de metal, motores elétricos.
(e) Secador de cabelo, aspirador de pó, sanduicheira.
6. Um campo magnético atua perpendicularmente sobre uma
espira circular de raio 10cm, gerando um fluxo de indução
magnética de 1Wb. Qual a intensidade do campo magnético?
7. Um fio de metal de massa m pode deslizar sem atrito sobre
dois trilhos separados por uma distância d (veja figura abaixo).
Os trilhos, colocados horizontalmente num campo magnético
vertical B, são percorridos por uma corrente constante i
mantida pelo gerador G. Calcule a velocidade (em módulo e
direção) do fio em função do tempo, supondo que ele esteja
em repouso no instante t = 0.
8. A corrente elétrica no enrolamento primário de um
transformador corresponde a 10 A, enquanto no enrolamento
secundário corresponde a 20 A. Sabendo que o enrolamento
primário possui 1200 espiras, o número de espiras do
enrolamento secundário é:
(a) 600
(b) 1200
(c) 2400
(d) 3600
(e) 4800
9. Uma máquina de solda elétrica precisa operar com uma
corrente elétrica de 400 A para que haja potência dissipada
suficiente para fundir as peças metálicas. A potência
necessária é dada por P =R.i2, onde R é a resistência dos
eletrodos de solda. Com a intenção de obter esse valor de
corrente elétrica, utiliza-se um transformador, que está ligado
a uma rede elétrica cuja tensão vale 110 V, e pode fornecer
um máximo de 40 A. Qual deve ser a razão do número de
espiras entre o enrolamento primário e o secundário do
transformador, e qual a tensão de saída?
(a) N1/N2 = 5; V = 9
(b) N1/N2 = 10; V = 11
(c) N1/N2 = 15; V = 15
(d) N1/N2 = 20; V = 20
(e) N1/N2 = 25; V = 22
10. O toroide da figura abaixo é composto por três materiais
ferromagnéticos diferentes e é abraçado por uma bobina com
100 espiras. O material a é liga de Ferro-Níquel (Níkel-Iron) e
o comprimento do arco médio La é de 0,3 m. O material b é
Aço-Silício (medium Silicon-Steel) e o comprimento do arco
médio Lb é de 0,2 m. O material c é Aço fundido (Cast-steel) e
o comprimento médio do arco Lc é 0,1 m. Todos os materiais
têm uma área de secção de 0,001 m2.
a) Determine a força magnetomotriz (fmm) necessária para
produzir um fluxo magnético de ø = 6.10-4 Wb.
b) Qual a corrente que deve percorrer a bobina?
“LEMBRE QUE VOCÊ DEVE SEMPRE ESTUDAR”