Questão 94 Enem 2020 - dia 2 - Ciências da natureza e suas tecnologias

Questão 94

Indução Eletromagnética

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 imã 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.

Resolução

A diferença de potencial nos terminais da bobina depende da força eletromotriz induzida $ε$ nela pelo movimento do ímã, o qual produz um campo magnético variável que, por sua vez, produz um fluxo magnético $Φ_{M}$ variável. Quanto mais rápida for a variação do fluxo magnético, maior será a força eletromotriz induzida, em vista da lei de Faraday:

$ε = - N \frac{Δ Φ_{M}}{Δ t} .$

Na expressão acima, $N$ indica o número de enrolamentos na bobina e $Δ t$ o intervalo de tempo necessário para o fluxo magnético variar de $Δ Φ_{M}$ .

Há três fatores que podem contribuir para o aumento do fluxo magnético:

1. aumento da intensidade do campo magnético produzido pelo ímã;

2. aumento da área envolvida pelos enrolamentos da bobina;

3. aumento do ritmo de variação do fluxo, no caso, pelo aumento da velocidade angular de rotação do ímã.

Segundo o enunciado, o ímã não sofre alterações, portanto podemos descartar o fator 1; além disso, nada é dito sobre mudanças na forma ou tamanho das bobinas, portanto também podemos descartar o fator 2. Desta forma, a opção que resta é a do fator 3, o que indica que o ímã sofreu um aumento em sua velocidade angular (ou alternativamente, um aumento em sua frequência de rotação).