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Dificuldade: por definir

Os raios são descargas elétricas que ocorrem na atmosfera durante as trovoadas.

Questão:

Um raio atinge a superfície da Terra nas proximidades de um armazém.

O módulo do campo magnético, $B$, medido no interior do armazém em função do tempo, $t$, está representado no gráfico da Figura 2.

Admita que parte da instalação elétrica do armazém pode ser equiparada a uma espira retangular com $18 \mathrm{~m}^{2}$ de área e que o campo magnético é perpendicular ao plano dessa espira.

Considere os intervalos de tempo $[0 ; 1] \mu \mathrm{s},[1 ; 2] \mu \mathrm{s}$ e $[2 ; 8] \mu \mathrm{s}$.

Determine o módulo da força eletromotriz induzida nessa espira, no intervalo de tempo em que esta é máxima, começando por identificar esse intervalo.

Apresente todos os cálculos efetuados.

Fonte: Exame - 2024, Época especial
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Tabela Periódica
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Formulário

Fonte: IAVE

Fonte: IAVE

Resolução do Exercício:

O módulo da força eletromotriz induzida na espira pode ser determinado com recurso à Lei de Faraday:

$$\left|\varepsilon_{i}\right|=\frac{\left|\Delta \phi_{m}\right|}{\Delta t}$$

Visto que para recorrer a esta fórmula é necessário calcular o módulo da variação do fluxo magnético na esfera, determinemos também este.

$$\phi_{m}=B A \cos a \Leftrightarrow \Delta \phi_{m}=\Delta B A \cos a$$

Assim sendo, a força eletromotriz induzida na espira terá sido máxima no intervalo no qual a variação da intensidade do campo magnético foi máxima, tendo sido este o intervalo $[0,1] \mu \mathrm{s}$. Sabendo isto, é possível determinar a variação do fluxo magnético neste intervalo, já que uma vez que o campo magnético é perpendicular ao campo da espira, a reta normal ao plano da espira é paralela ao campo magnético.

$$\begin{gathered}\Delta B=400-0=400 \mu\mathrm{~T}=4,0 \times 10^{-4} \mathrm{~T} \\\Delta \phi_{m}=4,0 \times 10^{-4} \times 18 \times \cos 0^{\circ}=7,20 \times 10^{-3} \mathrm{~Wb}\end{gathered}$$

E com isto, recorrendo à Lei de Faraday tem-se:

$$\begin{gathered}\Delta t=1-0=1 \mu \mathrm{s}=1 \times 10^{-6} ~\mathrm{s} \\\left|\varepsilon_{i}\right|=\frac{\left|\Delta \phi_{m}\right|}{\Delta t}=\frac{\left|7,20 \times 10^{-3}\right|}{1 \times 10^{-6}}=7,20 \times 10^{3} \mathrm{~V}\end{gathered}$$

Resposta: O módulo de força eletromotriz induzida na espira no intervalo em que esta é máxima é de $7,20 \times 10^{3} \mathrm{~V}$.

Fonte: Mestre Panda

Assinala os critérios que a tua resposta incluiu corretamente:



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