PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 15 do ITA 2021
Texto-base das questões 01 a 15 · 1ª fase
Quando precisar use os seguintes valores para as constantes:
Aceleração local da gravidade g=10\text{ m/s}^2. Constante gravitacional universal G=6{,}67\times 10^{-11}\text{ m}^3.\text{kg}^{-1}.\text{s}^{-2}.
Velocidade da luz no vácuo c=3{,}0\times 10^8\text{ m/s}. Constante de Planck reduzida \hbar= 1{,}05\times 10^{-34}\text{ J.s}.
Permeabilidade magnética do vácuo \mu_0=4\pi\times 10^{-7}\text{ N.A}^{-2}. Carga elétrica elementar e=1{,}6\times 10^{-19}\text{ C}.
Massa do elétron m_0=9{,}1\times 10^{-31}\text{ kg}. Constante eletrostática do vácuo K_0=9{,}0\times 10^9\text{ N.m}^2.C^{-2}.
Considere uma bobina circular de 200 voltas e 5{,}0\ \text{cm} de raio, localizada em uma região onde existe um campo magnético uniforme de 1{,}25\ \text{T}. A espira encontra-se inicialmente paralela ao campo magnético e é girada em um quarto de volta em 15\ \text{ms}. Assinale a alternativa que contém o valor que melhor representa a força eletromotriz média induzida na espira durante o movimento de giro descrito.

- A5{,}0\ \text{V}
- B15\ \text{V}
- C30\ \text{V}
- D60\ \text{V}
- E130\ \text{V}
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Resolução comentada
Pela lei de Faraday, a fem média é \varepsilon = N\,\dfrac{|\Delta\Phi|}{\Delta t}, e o fluxo é \Phi = B\,A\cos\theta, em que \theta é o ângulo entre o campo e a normal ao plano da espira.
A espira começa paralela ao campo. Então a normal é perpendicular a \vec{B} e o fluxo inicial é nulo. Após um quarto de volta, o plano da espira fica perpendicular ao campo, a normal fica alinhada com \vec{B} e o fluxo é máximo.
-
Área da espira: A=\pi r^2=\pi\,(0{,}05)^2=\pi\times 2{,}5\times10^{-3}\approx 7{,}85\times10^{-3}\ \text{m}^2.
-
Variação do fluxo por volta: \Delta\Phi = B\,A - 0 = 1{,}25\times 7{,}85\times10^{-3}\approx 9{,}8\times10^{-3}\ \text{Wb}.
-
Intervalo de tempo: \Delta t = 15\ \text{ms}=15\times10^{-3}\ \text{s}.
-
Fem média com as 200 voltas:
O valor que melhor representa o resultado é cerca de 130\ \text{V}.
Alternativa E.
Por que as outras alternativas estão erradas
- AValor muito baixo, que não corresponde a nenhuma combinação correta de N, B, A e \Delta t.
- BErro de cálculo ou de potência de dez, resultando em valor muito menor que o correto.
- CValor sem justificativa pelos dados; não considera corretamente N=200 e a área \pi r^2.
- DChega a cerca da metade do valor correto, como se usasse metade da variação de fluxo ou do número de voltas.
Assuntos: lei de Faraday, fluxo magnético, fem induzida.
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Fonte: ITA 2021 · 1ª fase. Prova oficial ↗