Projete um solenóide que gere força magnética para sustentar verticalmente uma placa ferromagnética de massa m…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Investigar e analisar o funcionamento de equipamentos elétricos e/ou eletrônicos e sistemas de automação para compreender as tecnologias contemporâneas e avaliar seus impactos sociais, culturais e ambientais.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Projete um solenóide que gere força magnética para sustentar verticalmente uma placa ferromagnética de massa m = 3,0 kg. Dados: N = 500 voltas, comprimento l = 0,10 m, área A = 1,0×10^-4 m², núcleo com µr = 500. Use µ0 = 4p×10^-7 T·m/A e a aproximação F ˜ B^2 A /(2 µ0). Calcule B necessário, corrente I (B = µ0 µr N I / l) e potência dissipada se R = 2,0 O. Discuta impactos energéticos e socioambientais do atuador.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Força necessária: F = m g = 3,0·10 = 30 N. 2) B requerido: B = sqrt(2 µ0 F / A) = sqrt(2·4p×10^-7·30 / 1,0×10^-4) ˜0,868 T. 3) Corrente: I = B l /(µ0 µr N) = 0,868·0,10 /(4p×10^-7·500·500) ˜0,28 A. 4) Potência: P = I^2 R ˜(0,28)^2·2,0 ˜0,15 W. Discussão: consumo elétrico é baixo (˜0,15 W), mas impacto socioambiental inclui extração e processamento do núcleo ferromagnético, eficiência do sistema, dissipação térmica em aplicações em escala e reciclagem dos materiais; projeto deve avaliar ciclo de vida, segurança e necessidade real para reduzir impactos.
Explicação
A força magnética necessária para sustentar a placa foi calculada com base na gravidade, resultando em 30 N. O valor do campo magnético foi obtido usando a fórmula que relaciona força, área e permeabilidade, enquanto a corrente foi determinada a partir da relação entre o campo magnético, o comprimento do solenóide e o número de voltas. A potência dissipada foi calculada com a resistência elétrica, e a discussão sobre impactos energéticos e socioambientais destaca a importância de considerar o ciclo de vida e a eficiência do sistema.
Raio-X da questão
força magnética e solenóide
avaliacao
força magnética · cálculo de corrente elétrica
Revisar as leis do eletromagnetismo e cálculos de potência.
O aluno pode confundir a relação entre a força magnética e a corrente, não aplicando corretamente a fórmula para calcular a corrente necessária.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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