O que diz a Lei de Faraday da indução eletromagnética?

A Lei de Faraday afirma que a força eletromotriz induzida em um circuito é igual à variação do fluxo magnético através do circuito por unidade de tempo.

De que fatores depende a resistência elétrica de um fio condutor?

A resistência depende do comprimento (L), da resistividade do material (ρ) e da área da seção transversal (A), segundo $R = \frac{\rho L}{A}$.

O que acontece com a corrente de curto-circuito se apenas o número de espiras for dobrado?

Ao dobrar N, tanto a tensão máxima quanto a resistência do fio dobram, mantendo a corrente de curto-circuito constante.

Por que aumentar a frequência de rotação aumenta a tensão máxima no gerador?

Porque a variação do fluxo magnético por unidade de tempo aumenta, elevando a força eletromotriz induzida.

Qual o efeito de dobrar o diâmetro do fio nas características do gerador?

Dobrar o diâmetro do fio aumenta a área da seção transversal, diminuindo a resistência e aumentando a corrente de curto-circuito.

Por que não é possível dobrar a tensão máxima mantendo a corrente constante ao dobrar apenas o campo magnético?

Porque a resistência do fio não muda, então a corrente de curto-circuito aumentaria junto com a tensão máxima.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Questão 133

ENEM 2017 Questão 133

Para demonstrar o processo de transformação de energia mecânica em elétrica, um estudante constrói um pequeno gerador utilizando: * -um fio de cobre de diâmetro D enrolado em N espiras circulares de área A; * -dois ímãs que criam no espaço entre eles um campo magnético uniforme de intensidade B; e * -um sistema de engrenagens que lhe permite girar as espiras em torno de um eixo com uma frequência f. Ao fazer o gerador funcionar, o estudante obteve uma tensão máxima V e uma corrente de curto-circuito i.

Para dobrar o valor da tensão máxima V do gerador mantendo constante o Valor da corrente de Curto i, o estudante deve dobrar o(a)

Resolução

A questão aborda o funcionamento de um gerador elétrico simples, onde energia mecânica é convertida em energia elétrica por meio da indução eletromagnética. Os conceitos centrais são a Lei de Faraday da indução eletromagnética e a resistência elétrica do fio. A tensão máxima (força eletromotriz máxima, ou fem) induzida em um gerador é dada por $V = N B A imes 2\pi f$, onde N é o número de espiras, B o campo magnético, A a área de cada espira e f a frequência de rotação. Já a corrente de curto-circuito é $i = \frac{V}{R}$, sendo R a resistência do fio, que depende do comprimento total (proporcional a N) e da área da seção transversal (proporcional ao diâmetro D). Para dobrar V mantendo i constante, é necessário dobrar N (pois V dobra), mas isso também dobraria R (pois o comprimento do fio dobra), mantendo a razão $\frac{V}{R}$ constante e, portanto, a corrente i. Dobrar B, A ou f também dobraria V, mas não alteraria R, aumentando i, o que não atende à condição do problema. Dobrar o diâmetro do fio diminuiria R e aumentaria i, sem afetar V. Assim, a alternativa correta é a letra A.

Comentários por alternativa

A Número de espiras.

A alternativa A está correta porque dobrar o número de espiras (N) dobra tanto a tensão máxima (V) quanto a resistência do fio (R), mantendo a corrente de curto-circuito (i = V/R) constante. Assim, é possível aumentar V sem alterar i.
B Frequência de giro.

Dobrar a frequência de giro (f) dobra a tensão máxima (V), mas não altera a resistência do fio, aumentando a corrente de curto-circuito, o que não atende à condição de manter i constante.
C Intensidade do campo magnético.

Dobrar a intensidade do campo magnético (B) também dobra V, mas não altera R, resultando em aumento da corrente de curto-circuito, contrariando o objetivo da questão.
D Área das espiras.

Dobrar a área das espiras (A) aumenta V, mas não muda a resistência do fio, fazendo com que i aumente, o que não é desejado.
E Diâmetro do fio.

Dobrar o diâmetro do fio diminui a resistência (R), aumentando a corrente de curto-circuito, mas não altera a tensão máxima (V), não resolvendo o problema proposto.

Flashcards

Perguntas pontuais sobre o tema desta questão. Toque no card para virar e use as setas para navegar.

1 / 7

1. O que diz a Lei de Faraday da indução eletromagnética?: A Lei de Faraday afirma que a força eletromotriz induzida em um circuito é igual à variação do fluxo magnético através do circuito por unidade de tempo.
2. Como se calcula a tensão máxima (fem) em um gerador de espiras girando em campo magnético uniforme?: A tensão máxima é dada por $V = N B A \times 2\pi f$, onde N é o número de espiras, B o campo magnético, A a área da espira e f a frequência de rotação.
3. De que fatores depende a resistência elétrica de um fio condutor?: A resistência depende do comprimento (L), da resistividade do material (ρ) e da área da seção transversal (A), segundo $R = \frac{\rho L}{A}$.
4. O que acontece com a corrente de curto-circuito se apenas o número de espiras for dobrado?: Ao dobrar N, tanto a tensão máxima quanto a resistência do fio dobram, mantendo a corrente de curto-circuito constante.
5. Por que aumentar a frequência de rotação aumenta a tensão máxima no gerador?: Porque a variação do fluxo magnético por unidade de tempo aumenta, elevando a força eletromotriz induzida.
6. Qual o efeito de dobrar o diâmetro do fio nas características do gerador?: Dobrar o diâmetro do fio aumenta a área da seção transversal, diminuindo a resistência e aumentando a corrente de curto-circuito.
7. Por que não é possível dobrar a tensão máxima mantendo a corrente constante ao dobrar apenas o campo magnético?: Porque a resistência do fio não muda, então a corrente de curto-circuito aumentaria junto com a tensão máxima.