Ficha nº10

 

Campo magnético; Indução eletromagnética

1. Uma bobina é percorrida por uma corrente elétrica I, como se mostra na figura.

1.1. Qual dos esquemas seguintes representa melhor o campo magnético no interior da bobina?

1.2. Suponha que um fio foi enrolado numa haste de ferro e ligado aos polos de uma pilha, como se mostra na figura.

1.2.1. Como explica que, ao ligar-se o fio à pilha, a haste passe a atrair pequenos objetos de metal, como clipes ou pregos?

1.2.2. Se se inverter os polos da pilha:

(A) inverte-se o sentido da corrente elétrica sem se inverter o sentido do campo magnético;

(B) inverte-se o sentido da corrente elétrica invertendo-se o sentido do campo magnético;

(C) não há inversão do sentido da corrente elétrica e o campo magnético passa a ser nulo;

(D) não há inversão do sentido da corrente elétrica, mas inverte-se o sentido do campo magnético.

Selecione a opção correta.

2. Um íman é deixado cair verticalmente, através de um solenoide feito de fio de cobre. Nas extremidades do solenoide liga-se um galvanómetro (G), como se encontra representado na figura.

Classifique as afirmações seguintes como verdadeiras (V) ou falsas (F).

A. O movimento de queda do íman não é afetado pela presença do solenoide.

B. Com o movimento do íman, surge uma força eletromotriz induzida nas espiras do solenoide e o galvanómetro indica a passagem de corrente elétrica.

C. Ao atravessar o solenoide, o íman fica sob a ação de uma força magnética que se opõe ao seu movimento, aumentando o tempo que o íman leva para atravessar o solenoide.

D. Ao atravessar o solenoide, o íman fica sujeito a uma força magnética que se adiciona à força peso, diminuindo o tempo que o íman leva para atravessar o solenoide.

E. O galvanómetro não indica passagem de corrente elétrica no solenoide durante o movimento do íman no seu interior.

F. Parte da energia mecânica do íman é convertida em calor, nas espiras do solenoide, por efeito Joule.

3. Uma espira roda no interior de um campo magnético uniforme com frequência de 2,00 Hz, como se indica na figura.

3.1. Qual o fluxo magnético através da espira na posição indicada na figura? Justifique.

3.2. A partir da posição indicada na figura, quanto tempo decorre até que o fluxo magnético a atravessar a espira seja máximo?

(A) 0,125 s

(B) 2,00 s

(C) 0,500 s

(D) 0,250 s

4. Uma espira quadrada, de 2,0 cm de lado, move-se no interior de um campo magnético uniforme de intensidade 4,0 x 10-3 T, com velocidade constante, como mostra a figura.

4.1. Qual dos seguintes gráficos traduz a variação do fluxo magnético que atravessa a espira ao longo do tempo, quando ela se move da posição 1 para a posição 3?

4.2. Qual dos diagramas seguintes traduz a variação da força eletromotriz induzida na espira em função do tempo?

4.3. Considere o movimento da espira quadrada da posição 1 para a posição 2 como mostra a figura. Qual o valor da f.e.m. induzida na espira?

5. O gráfico representa a variação de fluxo magnético em função do tempo de uma espira condutora, de resistência elétrica 20 Ω.

Determine:

a) a intensidade da força eletromotriz induzida de 0 a 0,8 segundos;

b) a intensidade de corrente elétrica induzida na espira no intervalo de tempo de 0 a 0,8 segundos.

6. Sabe-seque num transformador não há, necessariamente, ligação elétrica entre o condutor do enrolamento de espiras do primário e o do secundário. Entretanto, a energia elétrica é transmitida do primário para o secundário. A partir destes factos é correto afirmar:

A. A corrente elétrica do enrolamento secundário não influi no funcionamento do primário.

B. O transformador só funciona com corrente elétrica contínua.

C. É a variação do flu xo do campo magnético nos enrolamentos que permite a transmissão da energia elétrica.

D. A tensão nos terminais do enrolamento secundário é sempre menor do que a tensão nos terminais do primário.

7. Perto das habitações existem transformadores para converter altas tensões em tensões mais baixas.

7.1. Qual das seguintes afirmações descreve corretamente estes transformadores?

(A) O ncimero de espiras no primário é menor que no secundário.

(B) A corrente elétrica no primário é menor que no secundário.

(C) A corrente elétrica de saída no secundário é contínua.

(D) A potência elétrica no primário é muito superior à do secundário.

7.2. Calcule a relação entre o número de espiras do primário e do secundário nos transformadores que fazem essa redução de 15 kV para 240 V.

8. Numa rede elétrica urbana, um transformador reduz a diferença de potencial elétrico de 2300 V para 230 V.

a) Indique, justificando, que fenómeno está na origem do funcionamento do transformador.

b) Qual das opções completa a frase seguinte?

No secundário do transformador é produzida uma corrente elétrica ... , sendo o número de espiras ... do que no primário.

(A) contínua ... 10 vezes menor

(B) alternada ... 10 vezes menor

(C) contínua ... 10 vezes maior

(D) alternada ... 10 vezes maior

9. Observe a figura.

Pode afirmar-se que, no anel metálico:

(A) a corrente elétrica é sempre nula;

(B) cria -se uma corrente elétrica quando o íman se aproxima do anel segundo o eixo dos zz ;

(C) cria-se uma corrente elétrica quando o íman fica dentro do anel;

(D) cria-se uma corrente elétrica quando a espira roda em torno do eixo dos zz .

Selecione a opção correta.

10. A quem se deve a verificação de que os campos magnéticos criam campos elétricos? Como é que o investigador em causa mostrou este facto?

11. Uma espira quadrada de 10 cm de lado está numa região do espaço onde existe um campo magnético de intensidade variável com o tempo, perpendicular ao plano da espira. O gráfico mostra a varição do fluxo magnético em função do tempo.

11.1. Identifique, justificando, o intervalo de tempo em que é nula a força eletromotriz induzida na bobina.

11.2. Calcule a força eletromotriz induzida, ao fim de 2,0 s.

12. A figura representa dois ímanes e um solenoide formado por 10 espiras circulares com 10 cm de diâmetro.

O solenoide, preso a um eixo que passa pelo seu diâmetro, roda com uma velocidade constante de duas voltas por segundo. Considere que na região do solenoide o campo magnético é uniforme e de intensidade 0,01 T.

Determine o valor da força eletromotriz induzida no solenoide quando este roda 90º a partir da situação de fluxo máximo.

13. Na figura ilustra-se as linhas de campo elétricos criadas por um dipolo elétrico e três pontos do espaço (X, Y, Z).

13.1 Selecione a opção que corresponde a uma propriedade das linhas de campo.

A. Têm sempre origem em cargas positivas e dirigem-se para outras cargas positivas.

B. A densidade das linhas de campo diminui à medida que a distância à carga aumenta.

C. Há situações particulares em que as linhas de campo se cruzam.

D. Apresentam-se de forma mais concentrada nos pontos de menor intensidade de campo.

13.2 Indique a relação correta entre as intensidades do campo elétrico, Ex, Ey e Ez, nos pontos x, y e z, respetivamente.

A. Ex < Ey < Ez

B. Ey < Ex = Ez

C. Ex > Ey < Ez

D. Ex > Ey > Ez

13.3 Uma carga elétrica negativa é colocada na posição Y. Indique qual dos vetores pode representar corretamente a força elétrica, nesse ponto.
 

14. Uma bobina de secção quadrada, de lado 18,0 cm e com 200 espiras, encontra-se num campo magnético que é paralelo ao seu eixo.

O gráfico mostra como varia o módulo do campo magnético no tempo.

Determine o módulo da força eletromotriz induzida na bobina :

14.1. no intervalo de tempo [0; 2,0] s ;

14.2. no intervalo de tempo [2,0; 4,0] s ;

14.3. no intervalo de tempo [4,0; 6,0] s .

15. Uma bateria de 9 V é ligada entre os terminais do primário de um transformador. Refira, justificando, o valor registado por um voltímetro ligado aos terminais do secundário.

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