PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão F10 da 2ª fase da FUVEST 2008
É possível acender um LED, movimentando-se uma barra com as mãos? Para verificar essa possibilidade, um jovem utiliza um condutor elétrico em forma de U, sobre o qual pode ser movimentada uma barra M, também condutora, entre as posições X_1 e X_2. Essa disposição delimita uma espira condutora, na qual é inserido o LED, cujas características são indicadas na tabela ao lado. Todo o conjunto é colocado em um campo magnético B (perpendicular ao plano dessa folha e entrando nela), com intensidade de 1{,}1\ \text{T}. O jovem, segurando em um puxador isolante, deve fazer a barra deslizar entre X_1 e X_2. Para verificar em que condições o LED acenderia durante o movimento, estime:

| LED (diodo emissor de luz) | |
| Potência | 24\ \text{mW} |
| Corrente | 20\ \text{mA} |
| Luminosidade | 2 Lumens |
a) A tensão \mathbf{V}, em volts, que deve ser produzida nos terminais do LED, para que ele acenda de acordo com suas especificações.
b) A variação \Delta\phi do fluxo do campo magnético através da espira, no movimento entre X_1 e X_2.
c) O intervalo de tempo \Delta\mathbf{t}, em s, durante o qual a barra deve ser deslocada entre as duas posições, com velocidade constante, para que o LED acenda.
NOTE E ADOTE:
A força eletromotriz induzida \varepsilon é tal que \varepsilon = -\Delta\phi/\Delta t.
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Resolução comentada
a) A potência elétrica do LED é P = V\cdot i. Com P = 24\ \text{mW} = 24\times10^{-3}\ \text{W} e i = 20\ \text{mA} = 20\times10^{-3}\ \text{A}:
V = 1,2 V
b) O campo é uniforme e perpendicular ao plano da espira, então \phi = B\cdot A. Ao deslocar a barra de X_1 para X_2, a área da espira aumenta de 0{,}40\ \text{m}\times 0{,}60\ \text{m} (a distância entre X_1 e X_2 vezes a distância entre os braços):
Δφ ≈ 0,26 Wb (≈ 2,6 × 10⁻¹ T·m²)
c) Para o LED acender de acordo com suas especificações, a fem induzida deve valer \varepsilon = V = 1{,}2\ \text{V}. Pela lei de Faraday, em módulo:
Como a velocidade é constante, a fem é constante durante todo o movimento. A barra percorre 0{,}40\ \text{m} em 0{,}22\ \text{s}, ou seja, cerca de 1{,}8\ \text{m/s}, o que é viável com a mão.
Δt ≈ 0,22 s
Assunto: Indução eletromagnética e transformadores.
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