Questão 98 do ENEM 2020

Question

Em uma usina geradora de energia elétrica, seja através de uma queda-d’água ou através de vapor sob pressão, as pás do gerador são postas a girar. O movimento relativo de um ímã em relação a um conjunto de bobinas produz um fluxo magnético variável através delas, gerando uma diferença de potencial em seus terminais. Durante o funcionamento de um dos geradores, o operador da usina percebeu que houve um aumento inesperado da diferença de potencial elétrico nos terminais das bobinas.

Nessa situação, o aumento do módulo da diferença de potencial obtida nos terminais das bobinas resulta do aumento do(a)

A
intervalo de tempo em que as bobinas ficam imersas no campo magnético externo, por meio de uma diminuição de velocidade no eixo de rotação do gerador.
B
fluxo magnético através das bobinas, por meio de um aumento em sua área interna exposta ao campo magnético aplicado.
C
intensidade do campo magnético no qual as bobinas estão imersas, por meio de aplicação de campos magnéticos mais intensos.
D
rapidez com que o fluxo magnético varia através das bobinas, por meio de um aumento em sua velocidade angular.
E
resistência interna do condutor que constitui as bobinas, por meio de um aumento na espessura dos terminais.

Answer 1

PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 98 do ENEM 2020

2º dia · Ciências da Natureza · H23 · Física: Indução eletromagnética e transformadores

Em uma usina geradora de energia elétrica, seja através de uma queda-d’água ou através de vapor sob pressão, as pás do gerador são postas a girar. O movimento relativo de um ímã em relação a um conjunto de bobinas produz um fluxo magnético variável através delas, gerando uma diferença de potencial em seus terminais. Durante o funcionamento de um dos geradores, o operador da usina percebeu que houve um aumento inesperado da diferença de potencial elétrico nos terminais das bobinas.

Nessa situação, o aumento do módulo da diferença de potencial obtida nos terminais das bobinas resulta do aumento do(a)

A
intervalo de tempo em que as bobinas ficam imersas no campo magnético externo, por meio de uma diminuição de velocidade no eixo de rotação do gerador.
B
fluxo magnético através das bobinas, por meio de um aumento em sua área interna exposta ao campo magnético aplicado.
C
intensidade do campo magnético no qual as bobinas estão imersas, por meio de aplicação de campos magnéticos mais intensos.
D
rapidez com que o fluxo magnético varia através das bobinas, por meio de um aumento em sua velocidade angular.
E
resistência interna do condutor que constitui as bobinas, por meio de um aumento na espessura dos terminais.

Escolha uma alternativa para conferir o gabarito.

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Resolução comentada

O conceito é a lei de Faraday: a diferença de potencial (fem) induzida nas bobinas é proporcional à rapidez com que o fluxo magnético varia, e não ao valor do fluxo em si:

|\varepsilon| = \left|\frac{\Delta \Phi}{\Delta t}\right|

Assim, para a tensão nos terminais aumentar, é preciso que o fluxo varie mais depressa, ou seja, que \Delta\Phi/\Delta t cresça.

Analisando as opções:

Aumentar o intervalo de tempo \Delta t (opção A) diminui a razão \Delta\Phi/\Delta t e, portanto, diminui a tensão. Além disso, reduzir a velocidade do eixo diminui a variação do fluxo.
Aumentar o fluxo (opção B) ou o campo (opção C) só ajudaria se a variação do fluxo aumentasse. Aqui, porém, a questão pede a causa direta e geral do aumento da tensão, e a alternativa que a nomeia é a que fala da rapidez de variação.
Aumentar a velocidade angular (opção D) faz as bobinas girarem mais rápido, então o fluxo varia mais depressa em cada volta. Isso aumenta \Delta\Phi/\Delta t e a fem.
A resistência interna (opção E) não determina a fem induzida; ela influencia a corrente e a perda de tensão, não a fem gerada pela variação do fluxo.

O que o operador percebeu (aumento inesperado da tensão) resulta do aumento da rapidez de variação do fluxo, obtido com maior velocidade angular.

Alternativa D.

Pegadinha: A alternativa B engana ao confundir o valor do fluxo magnético com a sua variação: a lei de Faraday depende da taxa de variação, não do fluxo em si.

Por que as outras alternativas estão erradas

ADiminuir a velocidade e aumentar o intervalo de tempo reduz a taxa de variação do fluxo, diminuindo a tensão.
BA tensão depende da variação do fluxo no tempo, não do valor do fluxo; aumentar a área não explica, por si, o aumento da tensão.
CUm campo mais intenso poderia aumentar a tensão, mas o enunciado trata do movimento relativo, e a causa geral é a rapidez de variação do fluxo, não a aplicação de campos mais fortes.
EA resistência interna não determina a fem induzida; ela afeta a corrente e as perdas, e aumentar a espessura dos terminais tenderia a diminuí-la.

Assunto: Indução eletromagnética e transformadores.

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