PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 8 (Física) da 2ª fase do ITA 2026
Texto-base das questões 01 a 10 · Física
Quando necessário, use os seguintes valores para as constantes:
Aceleração local da gravidade g = 10\ \text{m/s}^2.
Permeabilidade magnética no vácuo \mu_0 = 4\pi\ 10^{-7}\ \text{N.A}^{-1}
Um celular de massa 100\text{ g} e calor específico médio de 2{,}0\text{ J}/(\text{g}^\circ\text{C}), com bateria de 2\text{ Ah} de capacidade de carga e tensão de 5{,}0\text{ V}, é carregado completamente em 20\text{ min} por um carregador indutivo dotado de um solenoide de 20 espiras por centímetro, seção transversal circular de raio 0{,}5\text{ cm} e comprimento 2\text{ cm}. O celular possui um solenoide idêntico que se acopla perfeitamente ao solenoide do carregador durante o carregamento. O carregamento é realizado por ciclos, em cada qual a bobina do carregador é percorrida por uma corrente elétrica que varia linearmente entre 0 e 14\text{ A} em um período de tempo \Delta t, o que induz uma f.e.m. de módulo igual à tensão da bateria na bobina do celular, permanecendo constante durante todo o processo de carregamento. O processo de carregamento foi responsável pelo aumento da temperatura média do aparelho de 20\ ^\circ\text{C} para 50\ ^\circ\text{C}.
Considerando que a bateria estava totalmente descarregada no início do processo, determine
a) o mínimo valor possível da potência média, em watts, fornecida pelo carregador;
b) o máximo valor possível de \Delta t em segundos.
Reportar erro na questão
Resolução comentada
a) A bateria armazena E_{bat} = 2\ \text{Ah} \times 5{,}0\ \text{V} = 10\ \text{Wh} = 10 \times 3600 = 36\,000\ \text{J}.
O aquecimento do celular também vem da energia fornecida pelo carregador:
A energia total fornecida é no mínimo a soma das duas parcelas. Qualquer outra perda só aumentaria esse valor:
O carregamento dura 20\ \text{min} = 1200\ \text{s}, então:
Resposta: 35\ \text{W}.
b) Os solenoides são idênticos e acoplados perfeitamente. Assim, o fluxo gerado pelo carregador atravessa todas as espiras do celular.
Dados do solenoide:
- n = 20\ \text{espiras/cm} = 2000\ \text{espiras/m}.
- N = 20 \times 2 = 40 espiras.
- A = \pi r^2 = \pi (5\times10^{-3})^2 = 2{,}5\pi\times10^{-5}\ \text{m}^2.
Campo no interior do solenoide quando i = 14\ \text{A}:
Variação do fluxo por espira durante a rampa de 0 a 14 A:
A f.e.m. induzida na bobina do celular deve valer 5{,}0\ \text{V}, constante porque a corrente varia linearmente (lei de Faraday):
Com \pi^2 \approx 9{,}87:
Esse é o valor máximo porque ele corresponde à rampa que atinge os 14\ \text{A} completos. Uma rampa mais curta em corrente daria fluxo menor e exigiria \Delta t menor para manter a mesma f.e.m.
Resposta: \Delta t \approx 2{,}2\times10^{-5}\ \text{s}.
Assuntos: Indução eletromagnética e transformadores, Calorimetria: calor sensível e trocas de calor, Potência elétrica e efeito Joule.
Reportar erro na resolução
Ver como caiu na prova
Fonte: ITA 2ª fase 2026 · Física. Prova oficial ↗