assessoria pedagógica eletromagnetismo - Sala Pró Aluno

ASSESSORIA PEDAGÓGICA
CAPÍTULO
X
ELETROMAGNETISMO
As usinas hidrelétricas aproveitam o desnível existente em um rio para que a água faça girar
enormes turbinas e, assim, “gerar” a energia elétrica - essencial ao nosso cotidiano. Essas usinas
transformam a energia mecânica do curso d’água em energia elétrica, conforme discutiremos
neste capítulo.
AUTORES
Clóvis Souza Nascimento
Danilo Leal Raul
Emanuel Gabriel dos Santos
Fábio Silva Lopes
ASSESSORIA PEDAGÓGICA
Sumário
Capa..........................................................................................................................................1
Sumário.....................................................................................................................................2
Resumo.....................................................................................................................................3
Apresentação............................................................................................................................3
1.
2.
3.
4.
Repensar a ação docente
O conhecimento, a informação e a prática
A função da educação
Aulas com experimentos em laboratório
Orientações para o desenvolvimento das aulas expositivas.....................................................5
1.
2.
3.
4.
5.
3.0 Tema Estruturador
3.1 Tema Estruturador
3.2 Tema Estruturador
3.3 Tema Estruturador
3.4 Tema Estruturador
Orientações para o planejamento das aulas expositivas para professor..................................8
Orientações para o desenvolvimento das aulas experimentais................................................9
1. Competências desejadas para alcance dos alunos
2. Modelo de relatório para aulas de laboratório
Orientações para o desenvolvimento das aulas experimentais para professor.....................10
Apresentação do livro do aluno capítulo X: Eletromagnetismo..............................................11
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
Apresentação.
Um pouco de história.
Indução eletromagnética.
Fluxo magnético.
Indução eletromagnética.
Atividade experimental.
Relatório.
Sentido da corrente.
Lei de Faraday-Neumann.
Corrente de Foucault.
Aplicações da indução eletromagnética.
Exercícios.
Resolução dos exercícios.........................................................................................................28
Referência bibliográfica ..........................................................................................................29
Paginas na internet.................................................................................................................29
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ASSESSORIA PEDAGÓGICA
Resumo
Caro Professor o objetivo desse manual é orientá-lo, auxiliando-o no
desenvolvimento do seu trabalho sob a ótica das Diretrizes Curriculares Nacionais para o
Ensino Médio no que diz respeito aos tópicos abordados neste livro e a opinião de
estudiosos que exploramos logo na apresentação. Optamos também em apresentar um
resumo das novas diretrizes para a educação, apontando suas finalidades, dando maior
segurança para o momento da elaboração do plano de aulas de acordo com o currículo da
escola. Na seqüência discutiremos o conteúdo do livro, propriamente dito, seus objetivos e
sugestões para o desenvolvimento em sala de aula e no laboratório.
Apresentação
A. REPENSAR A AÇÃO DOCENTE
Pouca atenção tem sido dedicada ao comportamento tradicional atribuídos às áreas
afetiva e emocional dos estudantes perante cada disciplina. Observa-se que essas áreas não
têm merecido a atenção que muitos pesquisadores consideram como fundamental para a
construção do conhecimento por parte do estudante. Conhecer a inteligência emocional
como elemento integrante para o desenvolvimento cognitivo, auxiliará o comportamento
inteligente e beneficiará o desempenho escolar, criando nos estudantes uma aceitação pelo
conhecimento cientifico aplicado. No processo de desenvolvimento e planejamento das
aulas de física o docente tem deixado em segundo plano os aspectos emocionais de cada
estudante. A execução das aulas, teórico e experimental, tem sido voltada basicamente para
conteúdos mensuráveis exigido em avaliações. Faz-se necessário visar novos cenários
capazes de interagir mais intimamente com o domínio emocional dos estudantes. Criar
cenários educacionais que dêem condições para a transformação e transposição aos limites
da educação formal, estimular o imaginário, o interesse, e a procura dos significados pelo
estudante. Com a inteligência emocional e afetiva é possível potencializar o estudante para
aprender conceitos formais das estruturas da ciência.
B. O CONHECIMENTO, A INFORMAÇÃO E A PRÁTICA
O mundo se transforma continuamente, o estudante não pode ser considerado como
um banco de dados, um computador, mas um ser único portador da capacidade de
compreender e absorver informações e praticar o conhecimento, embora não
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ASSESSORIA PEDAGÓGICA
necessariamente inédito, mas que lhe permita melhor compreender o mundo e interaja
como o mundo da ciência e suas aplicações.
Conhecimento no sentido mais amplo pode ser entendido como atributo geral que os seres
vivos possuem no sentido de reagir ativamente ao mundo circundante, na medida de sua
organização biológica no sentido de sua sobrevivência. Também pode ser a apropriação do
objeto pelo pensamento, como definição, percepção clara, apreensão completa, análise,
etc.;
Informação constitui elementos, dados, símbolos, coleção de fatos nos mais variados
campos da criação humana, tórias descrições, noticias, relatos escritos ou orais, etc. e que
se encontram disponíveis sob as mais variadas formas: escrita (livro, revistas, jornais, etc.),
nos filmes, nos discos, nos CDs, na internet;
Pratica que dizer uso da experiência, rotina, hábito, saber provido da experiência, técnica,
aplicação da teoria.
C. FUNÇÃO DA EDUCAÇÃO
Uma das funções da educação consiste em através das ações docentes planejadas
transformar em conhecimento parte das informações disponíveis em determinadas áreas
do saber. Nesse contexto é importante refletir sobre estas ações: Como situar, no contexto,
os conteúdos, considerados relevantes numa determinada disciplina e o estudante;
aspectos cognitivos, mensuráveis devem ser enfocados? E os aspectos emocionais? Como
organizar e disponibilizar os conteúdos para melhor atingir as importantes áreas afetivas
visando potencializar o interesse dos estudantes? Como motivar os estudantes? Como
ativar a inteligência emocional visando à transformação de informações em conhecimento?
D. AULAS COM EXPERIMENTOS EM LABORATÓRIO
O processo de aprendizagem acontece através da interação do estudante com o meio,
através de desafios que agucem a curiosidade e cheguem à aprendizagem. Porém, no
ensino médio esses ambientes desaparecem das instituições de ensino, ficando a circulação
do conhecimento limitada às salas de aula. Nós podemos questionar os métodos da escola,
solicitando trabalhos desenvolvidos em espaços de laboratório, pois através das
experiências concretas nesse espaço o aprendizado se torna mais fácil e mais elaborado.
Aprender física sem freqüentar um laboratório, sem fazer experiências pode tornar as aulas
cansativas para aqueles que têm maiores dificuldades. Além disso, num espaço próprio e
com o uso de materiais da área ficará muito mais fácil conhecer e compreender os
fenômenos. Porém, não basta conquistar um novo espaço para as aulas. É preciso valorizar
a oportunidade de por em prática aquilo que se aprendeu na sala de aula. Muitos
professores e alunos não sabem o verdadeiro sentido da aula prática, da experiência,
comportando-se como se estivessem em um parque de diversões. É importante a
participação ativa de todo o grupo, pois isso incentivar a direção da escola a investir em
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ASSESSORIA PEDAGÓGICA
novos materiais, enriquecendo seu acervo e proporcionando um ensino de maior qualidade.
Ao saírem para as aulas experimentais, os estudantes devem ser responsáveis e
participativos, buscando o compromisso de trabalhar em cima das experiências a que tem
oportunidade. As aulas forem produtivas, colhendo-se bons resultados, com certeza os
dirigentes da instituição passarão a considerar as experiências concretas como parte
fundamental do processo de ensino/aprendizagem, investindo para que seus espaços se
tornem protagonistas do saber.
Orientação para o desenvolvimento das expositivas
Caro (a) Professor (a), com o intuito de melhor ajudá-lo em seu trabalho, procuramos
descrever em detalhes as possíveis ênfases e abordagens que podem ser adotadas para
aulas teóricas. Para tanto, pedimos uma atenção especial para as competências e
habilidades que foram desenvolvidas pelos alunos desde cedo. Elencamos a seguir os
desdobramentos dos Parâmetros Curriculares Nacionais para o eletromagnetismo,
utilizados para pautar a nossa abordagem:
Tema Estruturador 3: Equipamentos Eletromagnéticos e Telecomunicações
Grande parte dos aparelhos e equipamentos que fazem parte de nosso dia-a-dia requer
energia elétrica para seu funcionamento, permitindo a execução de diferentes funções
como iluminar, aquecer, esfriar, centrifugar, triturar, emitir sons e imagens, e assim por
diante. Além disso, uma parte significativa das informações hoje disponíveis circula no
planeta através de ondas eletromagnéticas, dispensando meios materiais para sua
transmissão. Que processos e fenômenos ocorrem no interior dos aparelhos para que uma
mesma energia elétrica proporcione tantos efeitos diferentes? Como rádios e televisões
transmitem informações? A compreensão do mundo eletromagnético que permeia nosso
cotidiano é indispensável para possibilitar o uso adequado, eficiente e seguro de aparelhos
e equipamentos, além de condições para analisar, fazer escolhas e aperfeiçoar essa
utilização. Para permitir o domínio de tais competências, o estudo da eletricidade deverá
centrar-se em conceitos e modelos da eletrodinâmica e do eletromagnetismo,
possibilitando, por exemplo, compreender por que aparelhos que servem para aquecer
consomem mais energia do que aqueles utilizados para comunicação, dimensionar e
executar pequenos projetos residenciais, ou ainda, distinguir um gerador de um motor.
Será também indispensável compreender de onde vem a energia elétrica que utilizamos e
como ela se propaga no espaço. Nessa perspectiva, em que se procura conhecer a
fenomenologia da eletricidade em situações reais, o estudo da eletrostática, ganhará
sentido quando em referência a situações concretas, como, por exemplo, para explicar o
papel dos condensadores, a função dos pára-raios ou os perigos de choques elétricos. Esse
estudo deverá propiciar, ainda, a possibilidade de identificar e acompanhar o papel dos
motores elétricos e dos desenvolvimentos tecnológicos associados à sua introdução no
mundo produtivo, assim como das transformações produzidas pelos modernos meios de
telecomunicações.
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ASSESSORIA PEDAGÓGICA
Unidade 3.1: Aparelhos eletromagnéticos
Identificar seus diferentes usos e o significado das informações fornecidas pelos fabricantes
sobre suas características (voltagem, freqüência, potência etc.);
Relacionar essas informações a propriedades e modelos físicos, visando explicar seu
funcionamento e dimensionar circuitos simples para sua utilização;
Compreender o significado das redes de 110V e 220V, calibre de fios, disjuntores e fiosterra, para analisar o funcionamento de instalações elétricas domiciliares e utilizar manuais
de instrução de aparelhos elétricos, para conhecer procedimentos adequados a sua
instalação, utilização segura ou precauções em seu uso;
Dimensionar o custo do consumo de energia em uma residência ou outra instalação,
propondo alternativas seguras para a economia de energia.
Unidade 3.2: Motores elétricos
Compreender fenômenos magnéticos para explicar, por exemplo, o magnetismo terrestre, o
campo magnético de um ímã, a magnetização de materiais ferromagnéticos ou a
inseparabilidade dos pólos magnéticos;
Reconhecer a relação entre fenômenos magnéticos e elétricos para explicar o
funcionamento de motores elétricos e seus componentes, interações envolvendo bobinas e
transformações de energia;
Conhecer critérios que orientem a utilização de aparelhos elétricos como, por exemplo,
especificações do INMETRO, gastos de energia, eficiência, riscos e cuidados, direitos do
consumidor etc..
Unidade 3.3: Geradores
Sistemas que geram energia elétrica, como pilhas, baterias, dínamos, geradores ou usinas,
identificar semelhanças e diferenças entre os diversos processos físicos envolvidos e suas
implicações práticas;
Compreender o funcionamento de pilhas e baterias, incluindo constituição material,
processos químicos e transformações de energia, para seu uso e descarte adequados;
Compreender o funcionamento de diferentes geradores, para explicar a produção de
energia em hidrelétricas, termelétricas etc.. Utilizar esses elementos na discussão dos
problemas associados desde a transmissão de energia até sua utilização residencial.
Unidade 3.4: Emissores e Receptores
Identificar a função de dispositivos como capacitores, indutores e transformadores,
diferenciando circuitos AC e DC, para analisar suas diferentes formas de utilização;
Compreender o funcionamento de circuitos oscilantes e o papel das antenas, para explicar
a modulação, emissão e recepção de ondas portadoras, como no radar, rádio, televisão ou
telefonia celular;
Avaliar o impacto que os novos recursos de telecomunicação vêm exercendo sobre a vida
econômica e social.
As sugestões feitas não impedem que você caro professor, se aproprie criticamente
desse material didático-disponibilizado. Caso opte em adotá-la, deve fazer uma adequação
às propostas da sua realidade escolar. Recomendamos que, como sugestão alternativa,
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ASSESSORIA PEDAGÓGICA
reveja os materiais e textos dos anos anteriores, em especial aqueles que os alunos sentem
mais dificuldade. E importante refletir sobre as habilidades e competências necessárias a
esses estudantes, para que eles continuem seus estudos e se desenvolvam no mundo do
trabalho e vivam plenamente no mundo contemporâneo. Nessa perspectiva, sugerimos:
a) Figura: A Partir da foto da usina hidroelétrica oriente os alunos a discutir a geração de
energia em larga escala e outros meios para geração de energia elétrica a fim de
abastecer muitas cidades como suas casas, indústrias, hospitais etc. Pedir para os
alunos que dêem exemplos de outras formas de geração de energia em larga escala.
Aproveite para relembrar os tipos de energia e sua transformação: mecânica,
térmica, introduza a energia nuclear. Pode sugerir para eles que pesquisem as
vantagens e desvantagens para cada de tipo de geração.
b) Texto: Sugerimos a utilização do texto que traz elementos relacionados ao
eletromagnetismo. Consideramos esse texto muito bom para nosso propósito,
porém, caso tenha dificuldade em explorar-lo em sala de aula, pode solicitar como
leitura para casa, desde que, possibilite a seqüência do trabalho. Fica o seu critério
pedir um resumo do texto individual ou em grupo para os alunos. Nesse caso levante
a questão de como Faraday se tornou autodidata e o quanto suas pesquisas
contribuíram em prol da pesquisa sobre os fenômenos da eletricidade e do
magnetismo. Após a leitura pode pedir para os alunos, desenvolver uma pesquisa
para apresentar para seus colegas e com sua orientação esclarecer dúvidas que
venha a surgir.
c) Texto: Iniciamos o estudo da indução magnética com o texto Indução
eletromagnética. Nos primeiros três parágrafos do texto se faz referência aos
motores por indução, levante com os alunos a questão de como funciona a maioria
dos motores, mostre a semelhança com as turbinas das usinas hidrelétricas. É
importante que os alunos desenvolvam uma discussão detalhada.
d) Próximos parágrafos do texto: Os próximos parágrafos e o texto titulado fluxo
magnético, já envolvem conceitos mais detalhados com apresentação de expressões
matemáticas complexas, conceitos formais figuras ilustrativas para visualização de
fluxo do campo magnético, grandezas como diferença de potencial etc. com suas
respectivas unidades; além dos gráficos envolvendo essas grandezas. Pois bem, para
realizar esse estudo satisfatoriamente, se houver condições utilize vídeos ou outros
tipos de imagens que mostra detalhadamente o principio da indução. A internet é
muito rica de informação e imagem sobre esse tema. Por fim resolva junto com os
alunos alguns exercícios proposto para melhor fixação. Sugerimos os exercícios 1, 2, 3
e 4 no final do livro.
e) Pela complexidade do assunto exposto no item c e d acima, nós sugerimos uma
dedicação de mais horas aulas para explorar esses assuntos. No mínimo 4 aulas são
necessárias e uma avaliação envolvendo os exercícios acima com apenas pequenas
mudanças ao critério do professor.
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ASSESSORIA PEDAGÓGICA
f) Para explorar indução eletromagnética, capitulo seguinte, indicamos uma atividade
sob a orientação das aulas experimentais
g) A atividade experimental o aluno pode realizar no próprio livro em folha destacável
ou numa folha avulsa sobre a orientação do professor que sanará as dúvidas que
surgirem. Já expomos um relatório com as respectivas questões.
h) Para explorar a lei de Lenz, capitulo seguinte, indicamos uma atividade na orientação
das aulas experimentais.
i) Para melhor fixação da lei de Faraday-Neumann sugerimos que o professor trabalhe
uma aula resolvendo os exercícios em sala de nº 5 em diante.
j) Os textos seguintes que exploram a corrente de Foucault e as aplicações da indução
eletromagnética; sugerimos que se trabalhe em forma de resumo, pesquisa, ou
mesmo uma redação com introdução desenvolvimento e conclusão.
Orientações para o planejamento das aulas expositivas para
o professor. Pontos importantes.
1. Introdução
O que eu quero explorar?
Que tipo de atividade
(leitura, exercícios, etc.)
Em que parte da física a
atividade se situa?
Onde a atividade se situa no
planejamento? Por quê?
Quais os pré-requisitos (o
que o aluno deverá saber
para que essa atividade seja
produtiva)?
O que vem depois?
1. Procedimento
Organização dos alunos (em
grupos ou individual);
Como intervir com as
concepções espontâneas?
Que atividades específicas
propor para que os alunos
reelaborem essas
concepções?
Quais conceitos serão
tratados?
Quais recursos usar, giz e
lousa, data show, etc.
Avaliação: provas, trabalhos,
resumos leituras, etc.
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2. Expectativa
conceitual
Que barreiras conceituais
devem ser vencidas?
Quais são esperadas para
cada atividade?
Quais os erros mais comuns
e o que significam?
Como intervir com estas
concepções?
Que atividades específicas
propor para que o aluno
reelabore essas
concepções?)
Que conceito deverá
permanecer para depois?
ASSESSORIA PEDAGÓGICA
Nossas orientações para o desenvolvimento das aulas
experimentais
1. Competências desejadas para alcance dos alunos
a) Interpretação e execução de roteiro de atividade experimental;
b) Produção de experimentos simples;
c) Elaboração de hipóteses e interpretação de resultados de uma situação experimental
que envolva fenômenos eletromagnéticos;
d) Elaboração escrita sobre o resultado de experimentos qualitativos que envolvem o
eletromagnetismo
e) Elaboração de esquemas que representem a “linha de campo” dos experimentos
utilizados;
f) Reconhecimento e utilização adequada de tipos de matérias
g) Exposição e socialização dos produtos do experimento
h) Identificação no cotidiano de situações que envolvam conhecimentos físicos estudados
nas atividades realizadas.
2. Modelo de relatório para aulas de laboratório
Os relatórios são documentos descritivos dos resultados obtidos nas atividades de
experiências no laboratório, elaborados com a finalidade de serem apresentados para
apreciação do professor. O professor não deve se restringir somente às questões sugeridas,
e pode solicitar que o aluno complemente o modelo do material com mais questões. Usado
como documento para atribuição de nota, acompanhamento do desenvolvimento dos
alunos e eficácia das aulas experimentais.
1.
Capa: constam do nome da escola, disciplina, tema tratado, nome do professor,
título do trabalho, nome do aluno e série, local e data.
2.
Objetivos: Descrever qual (ais) o (s) objetivo (s) a serem alcançados durante a
atividade ou evento.
3.
Introdução: Parte inicial do texto onde se expõe o assunto como um todo.
Informações sobre o desenvolvimento e a importância da atividade.
9
ASSESSORIA PEDAGÓGICA
4.
Desenvolvimento: sintetiza o conteúdo das atividades realizadas, apresentando os
principais pontos abordados durante a mesma.
5.
Conclusão: Apresenta os avanços que a atividade proporcionou para o aluno, para
seu grupo como um todo, para o seu dia a dia etc.
6.
Anexos: São documentos auxiliares tais como: anotações, tabelas, gráficos,
desenhos esquemáticos, etc. A função é de enriquecer e ou elucidar as informações
contidas no corpo do relatório.
OBS. O anexo não é elemento necessário ao relatório, mas quando utilizado, deve estar
citado no texto do relatório, entre parênteses. Os anexos podem postos em folha
separada do corpo do relatório.
Orientações para o planejamento das aulas experimentais
para o professor. Pontos importantes.
1. Introdução
2. Procedimento
Que tipo de atividade
experimental?
Organização dos alunos (em
grupos ou individual);
Em que parte da física a
atividade se situa?
Esquema de montagem
Qual o papel atividade no
planejamento?
Detalhes da construção
Qual a importância da
atividade para o aluno.
Faça antes você mesmo
Qual a base teórica que o
aluno deverá ter para que a
atividade seja produtiva? E
não lúdica
Segurança
O que vem depois?
Avaliação: Relatório,
descrição experimental,
resposta a questões préestabelecidas, etc.
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3. Expectativa á prática
Provocar dúvida sobre o
papel da teoria e dos
modelos teóricos e sua
relação com os resultados
experimentais.
Promover melhor
compreensão dos métodos e
processos da ciência
Obtenção de medidas.
Conceituar princípios
teóricos relacionados ao
tema específico estudado.
Demonstrar pelo
planejamento os princípios
gerais associados a validação
da teoria.
Desenvolvimento cognitivo
através do construtivismo e
da descoberta
ASSESSORIA PEDAGÓGICA
CAPÍTULO
X
APRESENTAÇÃO DO LIVRO DO
ALUNO: ELETROMAGNETISMO
1. APRESENTAÇÃO
Nesse capítulo (Capitulo X), incluímos na seção Um pouco de História, um texto que
mostra a trajetória de Faraday, desde a sua infância sem recursos financeiros até a o
período em que se deu a descoberta da indução eletromagnética. Este texto foi extraído do
trabalho “Michael Faraday: O caminho da livraria à descoberta da Indução Eletromagnética”
de Valéria Silva Dias, doutoranda pela Universidade Estadual Paulista sob a coordenação do
prof. Dr Roberto de Andrade Martins.
Para trabalhar o texto na sala de aula, o professor deve pedir que os alunos façam
uma leitura prévia para discussão em classe. A inclusão desse texto se justifica pois, através
dele, o professor poderá embasar um trabalho de conscientização dos estudantes sobre a
importância da prática experimental para a evolução do conhecimento científico. Com esse
exemplo, pode-se mostrar que a habilidade experimental nem sempre é um dom natural do
indivíduo. Ela pode ser adquirida quando temos um objetivo e trabalhamos com dedicação
para atingi-lo. Através desse texto o professor deve enfatizar a desmistificação do cientista,
que muitos estudantes trazem consigo até mesmo em cursos de formação universitária.
Outra possibilidade que esse texto dá abertura seria o desenvolvimento de uma
atividade interdisciplinar onde os alunos poderiam relacionar o impacto das aplicações da
indução magnética na realidade sócio-econômica da época, principalmente na Europa, mais
especificamente no período da Revolução Industrial.
Deve-se aproveitar a oportunidade para situar os alunos quanto a evolução do
conhecimento científico sobre a Eletricidade e Magnetismo e valorizar o trabalho de
Faraday para consolidar a interdependência entre essas duas partes da Física, informando
que antes dos trabalhos de Faraday esses dois fenômenos eram tratados como se fossem
totalmente independentes.
11
ASSESSORIA PEDAGÓGICA
2. Um Pouco de História
livros. Foi dessa forma que ele melhorou a
sua formação, lendo com afinco e grande
interesse todos os livros que podia. Em
1812, por intermédio de um cliente da
livraria, Faraday assistiu a uma série de
quatro conferências do químico Humphry
Davy, na Royal Institution. Fez anotações
detalhadas dessas conferências e as enviou
para Davy pedindo um emprego em
qualquer função relacionada à Ciência. No
ano seguinte, aos 22 anos, Faraday tornouse auxiliar de laboratório de Humphry Davy.
Nos anos que se sucedem, Faraday
esteve voltado para os trabalhos que Davy
desenvolvia em seu laboratório, um dos
mais bem equipados da Inglaterra,
direcionados à área de Química. Nesse
período, através das viagens que fazia com
Davy, Faraday manteve contatos com
cientistas de diferentes áreas e pode, então,
aprender a ver os problemas e questões do
momento por uma perspectiva científica. Foi
trabalhando com Davy que Faraday adquiriu
um enorme traquejo experimental.
Só a partir da divulgação dos
trabalhos de Christian Orsted sobre o
eletromagnetismo, em 1820, foi que
Faraday, paralelamente as suas funções no
laboratório já como substituto de Davy na
superintendência do órgão, começou a
executar trabalhos independentes. Até 1830
os principais trabalhos divulgados por
Faraday foram sobre Química e foi só em
1831, já com a descoberta da indução
eletromagnética, que ele iniciou um período,
no qual, se envolveu cada vez mais com
pesquisas físicas sem nunca abandonar, no
entanto, a Química.
Na primeira fase dos seus trabalhos
voltados para a física, Faraday se dedicou a
analisar os trabalhos científicos já
produzidos nessa área e a reproduzir os
diversos experimentos já elaborados por
outros cientistas, onde pode observar
resultados estranhos que o levou a fazer
novas investigações. Na primeira experiência, Faraday trabalhou a ideia, que hoje
Figura 1
A história da indução eletromagnética, descoberta por Michael Faraday
no século XIX, é um exemplo de trabalho
que oferece aos estudantes uma concepção
realista do processo de desenvolvimento da
Ciência. A aplicação dessa ciência
exemplifica uma ferramenta útil para o
diálogo com o mundo e com a sua possível
transformação. Essa lei não foi descoberta
por acaso ou por um lampejo de idéias
surgidas da mente de um cientista brilhante,
mas, sim, fruto de muitos esforços, leituras e
estudos aplicados.
Quando Faraday nasceu em 22 de
Setembro de 1791 em Newington Butts,
Surrey, seus pais, James Faraday, que
trabalhava como ferreiro, e Margaret
Hastwell já tinham dois filhos: Elizabeth e
Robert. Aos cinco anos, numa época em que
a Inglaterra sofria conseqüências da
Revolução Francesa, a família mudou-se
para Londres.
Foram tempos difíceis e Faraday não
teve acesso a uma formação básica de
qualidade. Somente aos 13 anos, trabalhando como ajudante de encadernação em
uma livraria, Faraday teve contato com os
12
ASSESSORIA PEDAGÓGICA
sabemos ser equivocada, de que um fio
conduzindo corrente elétrica deveria atrair
ou repelir os pólos magnéticos de uma
agulha imantada. O ponto mais importante
dessas investigações foi que, ao repetir os
experimentos, Faraday se convenceu de que,
ao invés de sofrer atração ou repulsão, o
pólo magnético da agulha tende a girar em
torno do fio condutor. A partir de então,
Faraday realizou vários experimentos para
aprofundar o entendimento do fenômeno
apresentado. No primeiro experimento ele
produziu a rotação de um fio condutor ao
redor de um imã e no segundo, ele
conseguiu fazer o pólo girar ao redor do fio.
Nos dois primeiros experimentos ele
verificou que invertendo o sentido da
corrente elétrica o sentido de rotação era
invertido.
Após um período se defendendo de
apropriação indevida das idéias de
Wollaston sobre a rotação eletromagnética,
Faraday trabalhou em mais vinte e quatro
experimentos sobre rotação de fios ou imãs
sobre seus próprios eixos.
Nas suas primeiras tentativas de
influenciar a intensidade de correntes
elétricas através de imãs Faraday não
obteve sucesso. Com esses resultados
negativos ele se sentiu desmotivado em
prosseguir nas pesquisas naquele momento.
Foi quando, em 1831, com o início de uma
nova fase de pesquisas sobre eletromagnetismo, Faraday encontrou o que
parecia ter buscado desde o final de 1825, a
indução eletromagnética.
Nesse experimento, que o levou a
descoberta da indução eletromagnética,
Faraday construiu um anel de ferro, no qual,
várias espiras de fios foram enroladas ao
redor de uma das metades do anel. Faraday
denominou esse lado de A. No outro lado do
anel, separados por um intervalo, os fios
foram enrolados em dois pedaços,
mantendo a direção das primeiras espiras.
Este lado foi chamado de B. Faraday uniu os
dois enrolamentos do lado B e ligou as suas
extremidades por um fio de cobre
posicionando-o sobre uma agulha magnética Dessa forma, ao conectar o
enrolamento do lado A em uma bateria,
esperava um o movimento da agulha sob o
fio do lado B indicando que a corrente
circulante no enrolamento A induziria uma
corrente no lado B. O efeito foi observado,
porém, a agulha só indicava a passagem da
corrente no lado B no momento imediato
em que o lado A era conectado ou
desconectado da bateria. Quando a
corrente estava fluindo continuamente no
lado A nada ocorria no lado B. Faraday fez
novos experimentos com arranjos diferentes
sempre observando o mesmo resultado. Em
um desses momentos, Faraday percebeu
que metais em movimento eram magnéticos
embora não o fossem quando em repouso.
Essa percepção o motivou em suas
atividades e se refletiu nos próximos
experimentos. Em um deles, sem uso de
nenhuma bateria, Faraday obteve corrente
elétrica induzida pela ação de um imã
permanente que produzia uma rápida
variação magnética sobre o anel com as
bobinas de fio. Agora já sabedor que uma
corrente elétrica poderia ser produzida sob a
influência do efeito produzido por outra
corrente ou sob a variação brusca da ação
magnética, Faraday realizou em 17 de
Outubro de 1831 o seu experimento mais
conhecido: a indução de uma corrente pela
movimentação de uma barra magnética
dentro de uma bobina. Com esse
experimento, o princípio que o movimento
de um imã gera uma corrente elétrica em
um condutor foi comprovado. O trabalho
realizado por Faraday complementou a
descoberta do eletromagnetismo por Orsted
e ofereceu a base necessária para o
desenvolvimento de novas pesquisas.
13
ASSESSORIA PEDAGÓGICA
3. INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA
É inegável a contribuição da corrente
elétrica para o desenvolvimento tecnológico
que tanto contribui para o conforto do
homem,
seja
nos
momentos
de
entretenimento, ou no desempenho das
suas atividades do dia a dia. Sabemos que
qualquer aparelho que apresenta um cabo
com um plug na sua extremidade, necessita
ser ligado a uma rede elétrica para seu
funcionamento. Mas, qual é o processo de
produção da energia elétrica que a torna
disponível em uma tomada e que permite o
funcionamento de um aparelho ao ser
plugado a uma tomada elétrica?
da passagem de uma corrente elétrica por
uma bobina submetida a um campo
magnético, a indução eletromagnética
corresponde ao surgimento de uma
corrente elétrica em um material condutor
quando este está submetido à ação de um
fluxo magnético, cuja intensidade varia no
tempo. É exatamente o entendimento desse
conceito
que
deu
origem
ao
desenvolvimento dos recursos tecnológicos
que temos disponíveis nos dias de hoje
facilitando as nossas tarefas diárias.
Tudo começou no início do século
XIX, quando o físico inglês Michael Faraday
percebeu que, em uma região do espaço, na
qual há um campo magnético variando no
tempo, um campo elétrico é gerado. Se
nessa região for colocado um circuito
elétrico, uma corrente elétrica é nele
induzida devido à tensão elétrica induzida 
(força eletromotriz).
Para entendermos esse processo
vamos
abordar
um
tema
do
eletromagnetismo que foi denominado por
indução eletromagnética. Opostamente ao
fenômeno que ocorre no motor, presente
na maioria dos aparelhos que apresentam
movimento de rotação de um eixo a partir
Figura 2
14
ASSESSORIA PEDAGÓGICA
Mesmo não havendo circuito
elétrico, a lei de Faraday prevê a indução de
um campo elétrico nessa região. A
expressão
matemática,
comprovada
experimentalmente, que representa o
conteúdo exposto anteriormente, é dada

B
por:   
. O sinal negativo dessa
t
expressão corresponde ao fato de que o
fluxo da variação temporal do campo
magnético criado pela corrente induzida se
opõe ao fluxo da variação temporal do
campo magnético que a originou (Lei de
Lenz). A comprovação experimental é
observada ao aproximarmos um imã de
uma bobina variando a velocidade de
aproximação e verificando a variação da
intensidade da corrente elétrica detectada
por um galvanômetro ligado em série com a
bobina.
Para entendermos melhor o
fenômeno da indução eletromagnética,
observamos na figura abaixo que,
dependendo da posição da bobina em
relação à direção das linhas do campo
magnético, o fluxo magnético varia através
da superfície.
Figura 3
O fluxo magnético de um campo
magnético através de uma espira de área A
é dado por   B.A. cos , onde α é o

2
magnético no SI é T .m , que recebe o nome
de weber (Wb) em homenagem ao físico
alemão Wilhelm Weber (1804-1891).

ângulo entre o campo B e o vetor n ,
normal à superfície da espira. Na figura A,
como o ângulo α=0°, temos um fluxo
magnético máximo. Na figura C, temos o
ângulo α=90° e, portanto, um fluxo
magnético nulo. A unidade de fluxo
Temos a seguir o esquema de um
alternador, no qual, a bobina que está
imersa em um campo magnético está
acoplada a um eixo que gira ao ser acionado
pelo motor. Nessa aplicação, devido a
variação do fluxo que flui pela área da
ASSESSORIA PEDAGÓGICA
bobina como mostrado acima, temos o
surgimento de uma tensão cujo sentido se
alterna a cada ciclo de rotação da bobina.
As escovas e os anéis onde a tensão
alternada é disponibilizada é denominado
por coletor.
Figura 5
Figura 4
Se, na figura acima, substituirmos o par de anéis por um anel dividido em dois
setores, podemos obter uma corrente contínua de intensidade variável - que é chamada
corrente pulsante. A figura abaixo ilustra o comutador e a respectiva forma de onda da
corrente obtida.
Figura 7
Figura 6
Em uma usina hidrelétrica, onde a
energia potencial de um grande volume de
água represada em uma enorme área é
transformada em energia elétrica através de
um processo que tem como princípio básico
a aplicação da Lei de Faraday, quem se
movimenta são os eletroímãs acoplados ao
eixo (rotor) da turbina que, posicionada
bem abaixo do nível da água gira ao sofrer a
ação da água direcionada para as suas pás.
O movimento desse eletroímã faz com que
os enrolamentos presentes na parte fixa
(estator) fiquem imersos em um fluxo
magnético variável fazendo surgir uma
tensão eficaz da ordem de 15000V que,
para sua transmissão é elevada por uma
subestação elevadora para tensões com
cerca de 300000 V eficazes. Ao longo da
linha transmissora a tensão vai sendo
derivada para subestações abaixadoras que
disponibiliza a tensão conforme as
necessidades dos consumidores. Para
consumidores residenciais a subestação
reduz a tensão para 127V e 220V.
Outro gerador de corrente elétrica
que apresenta o mesmo princípio de
funcionamento e, para nós, é muito mais
palpável que o sistema gerador de uma
usina hidrelétrica, é o dínamo de bicicleta.
16
ASSESSORIA PEDAGÓGICA
Assim como nas usinas hidrelétricas, o
dínamo apresenta uma parte fixa,
constituída por enrolamentos, onde a
corrente vai ser gerada. Na parte móvel que
é acoplada ao eixo da roda da bicicleta
encontra-se o elemento que cria o campo
magnético. Esse elemento, que corresponde
a um imã permanente, ao ser girado faz
com que o fluxo magnético que passa pelas
bobinas do estator varie induzindo uma
tensão elétrica que, ligada ao circuito da
lâmpada da bicicleta, produz uma corrente
mantendo a lâmpada acesa enquanto o
ciclista tiver forças para acionar o pedal da
sua “magrela”.
FLUXO MAGNÉTICO
Fluxo magnético através de uma espira de área A imersa num campo magnético
uniforme de indução B é, por definição:
onde θ é o ângulo entre o vetor B e a normal n à espira. A unidade de fluxo no SI é o weber
(símbolo Wb). Se a espira estiver inclinada em relação ao vetor B (caso a), ela será
atravessada por um número de linhas de indução menor do que aquele que a atravessa
quando ela é perpendicular a B (caso b), sendo o fluxo conseqüentemente menor. Quando a
espira for paralela ao campo, não será atravessada por linhas de indução e o fluxo será nulo
(caso c).
Figura 8
Figura 9
Por isso, podemos interpretar o fluxo magnético Φ como sendo a grandeza que
mede o número de linhas de indução que atravessam a superfície da espira.
17
ASSESSORIA PEDAGÓGICA
4. INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA
Toda vez que o fluxo magnético através de um circuito varia com o tempo, surge, no
circuito, uma f.e.m. induzida.
MANEIRAS DE SE VARIAR O FLUXO MAGNÉTICO
• Variando B: basta aproximar ou afastar um ímã ou um solenóide de uma espira (I) ou
mantendo-se o solenóide fixo, varia-se a resistência do reostato e conseqüentemente varia
o campo magnético que ele gera (II).
Figura 10
• Variando o ângulo θ: basta girar a espira (III)
Figura 11
• Variando a área A: (IV) e (V)
Figura 12
18
ASSESSORIA PEDAGÓGICA
5. ATIVIDADE EXPERIMENTAL
Geração de Energia Elétrica
Observe o material que está sobre a bancada: tubo de PVC, bobina, LED's, parafuso e imãs
Figura 13
Coloque o tubo na posição vertical. Pegue o prego com os imãs e solte-o no início do tubo, para que
caia por dentro dele, da maneira descrita no esquema abaixo:
Figura 14
Descreva o que acontece. Vire o tubo de cabeça para baixo e repita o procedimento. Descreva o que
acontece.
19
ASSESSORIA PEDAGÓGICA
6. RELATÓRIO
Geração de Energia Elétrica
1. O que acontece quando você solta o imã dentro do tubo?
2. Com base nos fenômenos eletromagnéticos estudados, explique por que as lâmpadas
acendem.
3. As “lâmpadas” utilizadas são LED’s, dispositivos que permitem a passagem da corrente
elétrica apenas em um sentido, que pode ser identificado por um chanfro (peça ajuda ao
professor para a localização). Verifique como os LED’s estão ligados à bobina e explique
porque o LED que acende muda quando o tubo é invertido.
Figura 15
20
ASSESSORIA PEDAGÓGICA
7. SENTIDO DA CORRENTE INDUZIDA - LEI DE LENZ
A lei de Lenz permite determinar o
sentido da corrente elétrica induzida: o
sentido da corrente elétrica induzida é tal
que, por seus efeitos, opõe-se à causa que
lhe deu origem. Na figura a, consideramos
como circuito induzido uma espira ligada a
um amperímetro de zero central. Enquanto
o pólo norte do ímã se aproxima da espira, a
corrente induzida tem um sentido tal que
origina, na face da espira voltada para o
ímã, um pólo norte. Esse pólo opõe-se à
aproximação do ímã e, portanto, à variação
do fluxo magnético, que é a causa da fem
induzida. Ao se afastar o ímã, a corrente
induzida origina, na face da espira voltada
para o ímã, um pólo sul, que se opõe ao
afastamento do ímã (figura b). Na figura a,
em relação ao observador O, a corrente
induzida tem sentido anti-horário e, na
figura b, horário.
8. LEI DE FARADAY-NEUMANN
A lei de Faraday-Neumann permite
determinar a fem induzida: a fem induzida
média em uma espira é igual ao quociente
da variação do fluxo magnético pelo
intervalo de tempo em que ocorre, com
sinal trocado:
num campo magnético uniforme de indução
B, a fem induzida é dada por:
Para
um
condutor
retilíneo
deslizando com velocidade v sobre um
condutor dobrado em forma de U e imerso
Figura 16
21
ASSESSORIA PEDAGÓGICA
9. CORRENTES DE FOUCAULT
Estudamos
a
indução
eletromagnética que se processa num
condutor em forma de fio, colocado num
campo magnético, mas também existe
indução eletromagnética num bloco
metálico sujeito a fluxo magnético variável.
Suponhamos, por exemplo, que um bloco
de ferro seja colocado com a face plana
ABCD perpendicular a um campo magnético
variável. Sendo S a área dessa face, ela é
atravessada por um fluxo
. Se o
campo for variável, então o fluxo
será
variável. Neste caso, o bloco de ferro
sofrerá
indução
eletromagnética
e
aparecerão nele correntes elétricas
induzidas circulares, situadas em planos
perpendiculares à indução magnética
isto é, planos paralelos a ABCD.
,
Figura 17
Chamam-se corrente de Foucault a
essas correntes que aparecem por indução
em blocos metálicos. Pode-se demonstrar
que a energia perdida num bloco metálico
por causa das correntes de Foucault é
proporcional ao quadrado da espessura BC
do bloco. Para diminuir essa perda nós
laminamos o bloco, isto é, em vez de
fazermos um bloco metálico maciço,
juntamos um grande número de lâminas
finas, como indica a figura 1-b.
transportam corrente elétrica de um
acumulador para a bobina que se vê em
posição horizontal. Essa bobina produz um
campo magnético perpendicular ao disco
metálico. Os dois fios que saem pela direita
estão ligados ao disco e vão ter a um
galvanômetro. Girando-se o disco, há
variação do fluxo magnético que o
atravessa, pois suas partes entram e saem
do campo à medida que ele gira. Então o
galvanômetro acusa a passagem de uma
corrente pelo disco.
Para diminuir as perdas de energia
por correntes de Foucault, as partes de
ferro das máquinas elétricas são sempre
laminadas, e nunca são blocos maciços.
Assim são os núcleos de ferro dos
transformadores. A figura 2 é fotografia de
um aparelho simples para demonstrar a
existência das correntes de Foucault. Os
dois fios que entram pela esquerda
Figura 18
22
ASSESSORIA PEDAGÓGICA
10.
APLICAÇÕES DA INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA
Microfone
O microfone de indução é constituído por
um imã permanente fixo, uma bobina
móvel envolvendo o imã e uma membrana
protegida por uma tela. A bobina que é
solidária a membrana vibra quando as
ondas sonoras que chegam ao microfone
faz a membrana vibrar. Assim, ao
movimentar-se no interior do campo
magnético gerado pelo imã fixo, tensão
elétrica é induzida na bobina móvel. Dessa
forma, temos a transformação dos sons
Figura 19
pelo microfone em variações de tensão
elétrica na bobina móvel.
Normalmente, essa tensão induzida é muito pequena e deve ser amplificada para
posterior uso.
Alto-Falante
Figura 20
O alto-falante ligado ao microfone converte
as variações de tensão elétrica em sons. Ele
é também constituído de um imã
permanente fixo e de uma bobina móvel
que envolve o imã. A bobina está ligada a
um cone de papelão. Quando a corrente
elétrica
proveniente
do
microfone
atravessa a bobina ela fica sob a ação do
campo magnético originado pelo imã fixo.
Assim, forças magnéticas agem sobre a
bobina movimentando-a. O movimento da
bobina implica na vibração do cone. O ar
junto ao cone também vibra reproduzindo o
som captado pelo microfone.
ASSESSORIA PEDAGÓGICA
Cartões Magnéticos
Os cartões magnéticos possuem uma tarja
magnética em um dos seus lados constituída
por minúsculas partículas magnetizáveis
distribuídas numa seqüência de regiões
magnetizadas e não magnetizadas. Essa
seqüência constitui um código binário que
fornece todas as informações pessoais do
portador do cartão. O leitor desse cartão é
constituído de uma bobina enrolada num
núcleo de ferro. Quando o cartão é inserido
pelo usuário em um terminal de um caixa
eletrônico, uma corrente elétrica variável é
induzida na bobina. Esses sinais elétricos são
recebidos por um computador que
decodifica as informações existentes no
cartão.
Figura 21
Detectores de Metais
O detector de metais é um aparelho que verifica se uma pessoa transporta objetos
de metal, junto ao corpo ou na bagagem. Costuma ser utilizado em aeroportos, bancos e
outras instituições, como medida de segurança, para evitar a entrada de armas. Para
encontrar objetos metálicos submersos ou enterrados também se empregam detetores de
metais. Em indústrias de processamento de alimentos, em moinhos na produção de carvão,
nas fábricas de celulose, esses detetores são utilizados para remover fragmentos metálicos.
O princípio de funcionamento de um detetor, qualquer que seja o seu tipo, baseia-se na
indução eletromagnética. O aparelho consta de uma bobina que, ao ser percorrida por
corrente elétrica, gera um campo magnético no seu núcleo de ferro. Quando um objeto
metálico se aproxima, a variação do fluxo magnético induz correntes de Foucault nesse
objeto. Sendo variáveis, essas correntes produzem campos magnéticos variáveis que
induzem novas correntes na bobina, modificando a intensidade da corrente original. A
variação da intensidade de corrente é detectada por um amperímetro que aciona um
alarme sonoro e um sinal luminoso, indicando a presença do objeto.
Figura 22
24
ASSESSORIA PEDAGÓGICA
11.
EXERCÍCIOS
1. (GREF) Se deslocarmos um ímã permanente
na direção de um solenóide, como indica a
figura (a), o ponteiro de um galvanômetro
ligado ao circuito se moverá no sentido
indicado.
produzir corrente elétrica. Um estudo
sistemático desse problema foi realizado
por Faraday em 1831 e resultou na
formulação
da
lei
da
indução
eletromagnética. Em seus trabalhos
experimentais, Faraday utilizou ímãs,
pedaços de fio e bobinas. A demonstração,
e o entendimento desse fenômeno
possibilitaram a construção dos primeiros
dínamos e também o desenvolvimento de
inúmeros aparelhos elétricos e eletrônicos
até os dias de hoje. A figura abaixo ilustra
uma montagem que permite estudar o
fenômeno da indução eletromagnética.
Nela, uma haste metálica h de 40 cm de
comprimento desliza sem atrito, com
velocidade constante de 2,5 m/s, sobre dois
trilhos condutores. A extremidade esquerda
de cada um desses trilhos está ligada a um
resistor R com resistência 4 mΩ. Considere
que a haste e os trilhos têm resistência
elétrica desprezível, e que o campo
magnético B tem módulo 1,5 mT. Calcule o
módulo da diferença de potencial aplicada
aos terminais do resistor R devido à indução
de força eletromotriz no circuito.
Figura 23
a) Como se explica o movimento do ponteiro do
galvanômetro associado ao solenóide?
b) Indique, nas situações das figuras (b), (c) e
(d), o que acontece com o ponteiro do
galvanômetro e o sentido da corrente no fio do
solenóide.
2. (GREF) Quando empurramos um ímã na
direção de uma espira (figura a), o agente que
causa o movimento do ímã sofrerá sempre a
ação de uma força resistente, o que o obrigará à
realização de um trabalho a fim de conseguir
efetuar o movimento desejado.
Figura 24
a) Explique o aparecimento dessa força
resistente.
Figura 25
4. Um condutor AB de resistência elétrica
0,50 Ω pode deslizar livremente sobre um
fio condutor ideal dobrado em U e imerso
num campo magnético uniforme de indução
B, perpendicular ao plano do circuito,
conforme a figura. B tem intensidade 0,20 T.
Um agente externo puxa AB com velocidade
constante v, induzindo uma corrente
elétrica de 2,0 A. Determine:
b) Se cortarmos a espira como mostra a figura
(25b), será necessário realizar trabalho para
movimentar o ímã?
3. (UFPR) Desde que Orsted descobriu que
uma corrente elétrica era capaz de produzir
um campo magnético, surgiu entre os
cientistas o interesse em demonstrar se
poderia ocorrer o efeito inverso, ou seja, se
um campo magnético seria capaz de
25
ASSESSORIA PEDAGÓGICA
a) o sentido da corrente elétrica induzida;
b) o módulo da velocidade v.
Figura 28
7. (UFV-MG) Com uma bobina, fios
condutores, uma lâmpada e um ímã, é
possível elaborar uma montagem para
acender a lâmpada. Pede-se:
Figura 26
5. (Inatel-MG) Quando o fio móvel da figura
abaixo é deslocado para a direita, aparece
no circuito uma corrente induzida i no
sentido mostrado. O campo magnético
existente na região A:
a) aponta para dentro do papel.
b) aponta para fora do papel.
c) aponta para a esquerda.
d) aponta para a direita.
e) é nulo.
a) traçar o esquema da montagem;
b) explicar seu princípio de funcionamento.
Figura 29
8. (UFG-GO) Um ímã permanente realiza um
movimento periódico para frente e para
trás, ao longo do eixo de um solenóide,
como mostra a figura abaixo.
Figura 27
Figura 30
6. (UFV-MG) A figura abaixo ilustra uma
espira retangular, de lados a e b, área A e
resistência elétrica R, movendo-se no plano
desta página. Após atingir a interface com a
região II, a espira passará a mover-se nessa
nova região, agora sujeita a um campo
magnético B, uniforme e perpendicular ao
plano da página. A velocidade V da espira é
mantida constante ao longo de toda a sua
trajetória.
Esse movimento produz:
a) uma corrente induzida no fio que tem
sentido anti-horário para um observador no
ímã.
b) um fluxo estacionário de campo
magnético através das espiras.
c) uma corrente contínua no fio que causa
dissipação de energia por efeito Joule.
d) uma repulsão entre o solenóide e o ímã,
quando eles se aproximam, e atração,
quando eles se afastam.
e) uma força eletromotriz que independe da
freqüência de oscilação do ímã.
26
ASSESSORIA PEDAGÓGICA
b) somam-se, resultando em
elétrica de 2 para 1.
c) subtraem-se, resultando em
elétrica de 1 para 2.
d) subtraem-se, resultando em
elétrica de 2 para 1.
e) anulam-se, não interferindo na
de outros campos.
9. (Unifesp) O biomagnetismo é um campo
de pesquisa que trata da medição dos
campos magnéticos gerados por seres vivos,
com o objetivo de obter informações que
ajudem a entender sistemas biofísicos, a
realizar diagnósticos clínicos e a criar novas
terapias, com grandes possibilidades de
aplicação em Medicina. Os campos
magnéticos gerados pelos órgãos do corpo
humano são muito tênues — da ordem de
10-15 a 10-9 tesla — e, para a sua medição,
necessitam-se de equipamentos capazes de
detectá-los de forma seletiva, devido à
interferência de outros campos magnéticos,
inclusive o terrestre, milhares de vezes mais
intenso. A figura mostra duas espiras
paralelas e de mesmo raio, que compõem
um gradiômetro magnético, dispositivo
capaz de detectar seletivamente campos
magnéticos, e um ímã em forma de barra,
que se move perpendicularmente aos
planos das espiras, afastando-se delas,
numa direção que passa pelo centro das
espiras.
corrente
corrente
corrente
medição
10. (UFRGS-RS) A figura abaixo representa
uma
espira
condutora
quadrada,
inicialmente em repouso no plano da
página. Na mesma região, existe um campo
magnético uniforme, de intensidade B,
perpendicular ao plano da página.
Figura 32
Considere as seguintes situações.
I. A espira se mantém em repouso e a
intensidade do campo magnético varia no
tempo.
II. A espira se mantém em repouso e a
intensidade
do
campo
magnético
permanece constante no tempo.
III. A espira passa a girar em torno do eixo
OO’ e a intensidade do campo magnético
permanece constante no tempo.
Em quais dessas situações ocorre indução
de corrente elétrica na espira?
Figura 31
Segundo a lei de Lenz, pode-se afirmar que
as correntes elétricas induzidas em cada
espira, no instante mostrado na figura:
a) apenas em I
b) apenas em II
c) apenas em III
d) apenas em I e III
e) em I, II e III
a) somam-se, resultando em corrente
elétrica de 1 para 2.
27
ASSESSORIA PEDAGÓGICA
Resolução dos Exercícios
1.
a) Segundo Michael Faraday, a
variação do fluxo magnético através de uma
espira circular, induz uma corrente elétrica no
solenóide, este é um conjunto de espiras e
nele é induzida uma corrente elétrica.
Invertendo a polaridade o ímã, há uma
inversão do fluxo magnético gerado pela
corrente induzida, dessa forma o ponteiro do
galvanômetro se movimenta de modo
contrário.
4)
a) O sentido da corrente elétrica
induzida é, pela regra da mão direita número
2, determinamos o sentido do movimento dos
elétrons no interior do condutor AB. O sentido
convencional da corrente elétrica induzida é
contrário ao do movimento dos elétrons e, no
caso, anti-horário.
b) A extremidade da espira mais
próxima do ímã se “transformará” no pólo sul,
gerando uma resistência ao movimento do
ímã. A corrente elétrica induzida irá “descer”
na figura do solenóide, fazendo com que o
ponteiro do galvanômetro se movimente no
sentido horário.
b) A força eletromotriz é proporcional
ao comprimento do condutor, ao campo
magnético e à velocidade de deslocamento do
condutor, então:
c) Nessa situação, a corrente elétrica
“desce” a figura de modo que o ponteiro do
galvanômetro se movimenta no sentido antihorário.
da Lei de Ohm, temos:
d) Essa situação será parecida com a
situação (b).
2)
a) Quando o ímã se aproxima da
espira, o campo magnético em cada ponto do
espaço varia com o tempo, inclusive na região
em que se encontra a espira. Esta variação
temporal do campo magnético cria um campo
elétrico, que pode ser representado por linha
de campo circulares com centro no eixo do
ímã, neste caso coincidindo com o eixo da
espira.
5)
De acordo com a regra da mão direita
número 2, concluímos que o campo
magnético aponta para dentro do papel.
Alternativa (a).
b) Se cortarmos a espira, não haverá
corrente induzida, nem energia térmica na
espira cortada, ou força resistente sobre o
ímã. Mas, ainda assim, teremos uma força
eletromotriz induzida.
7)
a)
b) Aproximando e afastando o ímã da
bobina, ocorre variação do fluxo
magnético e surge na bobina uma
corrente induzida.
3)
A fem induzida entre os extremos do
condutor, durante seu movimento, vale:
28
ASSESSORIA PEDAGÓGICA
8)
Segundo a Lei de Lenz, a força
eletromotriz induzida no circuito fechado gera
uma corrente de indução cujo campo
magnético se opõe à causa que determinou
sua origem, logo existirá uma repulsão entre o
solenóide e o ímã, quando eles se
aproximarem, e atração quando eles se
afastam. Dessa forma, a alternativa correta é
a letra (d).
uma corrente de indução cujo campo
magnético se opõe à causa que determinou
sua origem. Dessa forma, as correntes
elétricas induzidas subtraem-se, resultando
em correntes elétricas de 2 para 1. Alternativa
(d).
10)
Segundo a Lei de Faraday, a variação
do fluxo magnético “gera” uma corrente
elétrica induzida na bobina, dessa forma as
alternativas I e III são verdadeiras. Alternativa
(d).
9)
Segundo a Lei de Lenz, a força
eletromotriz induzida no circuito fechado gera
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
1. Ramalho, Nicolau, Toledo; Fundamentos da Física, Volume 3, Nona Edição, Editora
Moderna; Eletricidade, Introdução à Física Moderna e Análise Dimensional.
2. Halliday, D,; Resnick, R. Física 3. Ed. Rio de Janeiro, Livros Técnicos e Científicos.
3. GREF, EDUSP Física 3 eletromagnetismo GREF, EDUSP
4. SAAD, F. D. Explorando fenômenos da eletricidade e do eletromagnetismo. Curso de
capacitação de professores 2011.
PÁGINAS NA INTERNET
http://www.stevespanglerscience.com/
http://www.arvindguptatoys.com/toys.html
http://www2.fc.unesp.br/experimentosdefisica/
http://efisica.if.usp.br/eletricidade/basico/inducao/
http://fap.if.usp.br/~lumini/f_bativ/f1exper/magnet/induc_re.htm
http://ifuspescola.blogspot.com/search?updated-min=2011-01-01T00%3A00%3A0008%3A00&updated-max=2012-01-01T00%3A00%3A00-08%3A00&max-results=5
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