Física2ª sérieBNCC EM13CNT107Difícil⏱ longo

Considere um motor de corrente contínua com uma bobina de N = 50 espiras, área por espira A = 8,0×10^-4 m^2…

Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva

Habilidade BNCC EM13CNT107

Realizar previsões qualitativas e quantitativas sobre o funcionamento de geradores, motores elétricos e seus componentes, bobinas, transformadores, pilhas, baterias e dispositivos eletrônicos, com base na análise dos processos de transformação e condução de energia envolvidos – com ou sem o uso de dispositivos e aplicativos digitais –, para propor ações que visem a sustentabilidade.

Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).

Questão

Considere um motor de corrente contínua com uma bobina de N = 50 espiras, área por espira A = 8,0×10^-4 m^2, que percorre corrente I = 2,0 A em campo magnético B = 0,15 T. a) Calcule o torque máximo gerado pela bobina (assuma ângulo entre área e B tal que torque é máximo). b) Preveja qualitativa e quantitativamente o efeito de dobrar N, dobrar B e inverter a corrente. Explique também, em poucas linhas, como ocorre a conversão de energia e o papel do comutador em um motor DC.

✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.

Resposta esperada

Modelo de resposta: a) Torque máximo t_max = N I A B (para sin90° = 1). Substituindo: t_max = 50·2,0·8,0×10^-4·0,15 = 0,012 N·m. b) Dobrar N ? t dobra (0,024 N·m). Dobrar B ? t dobra; dobrar I ? t dobra igualmente. Inverter a corrente ? t inverte sinal (rotação contrária). c) Conversão de energia: no motor elétrico a energia elétrica (fonte que fornece I) interage com B para produzir torque e trabalho mecânico; parte da energia é dissipada por aquecimento (resistência) e atrito. No gerador o movimento mecânico varia o fluxo magnético, induzindo fem e gerando energia elétrica (lei de Faraday). d) Comutador e escovas: em um motor DC o comutador inverte a direção da corrente na bobina a cada meia volta para manter o torque na mesma direção relativa ao campo, permitindo rotação contínua; as escovas realizam a transferência elétrica entre o estator e o rotor. Observações práticas: aumento de N, B ou I melhora torque mas aumenta aquecimento e requisitos de projeto (corrente, dissipação térmica, dimensões).

Explicação

O cálculo do torque máximo utiliza a fórmula que relaciona o número de espiras, corrente, área e campo magnético, considerando que o ângulo entre a área da bobina e o campo magnético é de 90 graus, o que maximiza o torque. As previsões sobre o efeito de dobrar N, B e I refletem a linearidade da relação entre essas variáveis e o torque, enquanto inverter a corrente altera a direção da rotação. A conversão de energia no motor DC envolve a transformação de energia elétrica em energia mecânica, com o comutador garantindo a continuidade do movimento ao inverter a corrente na bobina.

Raio-X da questão

Dificuldade Difícil

Bloom Criar

Leitura alto

Discriminação alto

Peso pedagógico alto

Autonomia do enunciado completo

Cobertura da habilidade multipla

🧪 Simulado🩺 Diagnóstico🧮 Exige cálculo🏠 Cotidiano🔗 Interdisciplinar⭐ Representativa✍️ calculativa🧩 desafio

🎯 Conceito central

torque em motor DC

📌 Objetivo

avaliacao

🧱 Pré-requisitos

forca magnetica em condutores · lei de faraday

📚 Reveja

Revisar a relação entre corrente, campo magnético e torque em motores elétricos.

⚠️ Erro mais comum

O aluno pode confundir o efeito de dobrar a corrente com o efeito de dobrar o número de espiras, não considerando que cada um tem um impacto diferente no torque gerado.

🌎 Tema transversal

ciencia_tecnologia

🤝 Socioemocional

pensamento_critico

🏫 Contexto

cientifico

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