Home Física e as Suas Tecnologias Indução eletromagnética e tecnologia
Indução eletromagnética e tecnologia PDF Imprimir E-mail
Qua, 14 de Novembro de 2018 09:43

I) SOBRE USO DA INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA NAS USINAS GERADORAS DE ELETRICIDADE

1) A tensão fornecida por um gerador de uma usina hidrelétrica a uma Subestação é de 10000 V. Nesta Subestação há um transformador onde o enrolamento da bobina dele que se conecta com o  gerador tem 120 espiras e uma corrente induzida de 40 Amperes. O número de enrolamentos da bobina do transformador  connectado as linhas de transmissão tem 144000 espiras. As obras de infraestrutura física desta usina consiste também de uma barragem cuja água represada cai de uma altura de 5 m com vazão de 40 m³/s, dos sistemas de comportas e  ductos com diâmetros de entrada e saída respectivamentes de 3 m e 2 m, que levam a água da represa a turbina. Suponha que a água entra no ducto com velocidade de 100 m/s. A energia potencial destas águas é convertida em energia cinética que irá girar as pás da turbina desta hidrelétrica. Considere g = 10 m/s² e a densidade da água igual a 1000 kg/m³.

 

 

Determine:

a)  a tensão de saída desse transformador e a corrente da 2ª bobina;

b) o rendimento desse gerador;

c) a velocidade que as águas passam pela turbina.


2) Uma caldeira de uma usina elétrica tem a água aquecida pela queima de carvão natural e o vapor produzido vai movimentar o eixo da turbina que faz girar ímãs presos neste eixo no gerador. No gerador há eletroímãs fixos dentro do campo magnético produzido pelo ímã.  O fenômeno ou grandeza física mencionados e o tipo de usina de eletricidade é:

a) Força eletromagnética e usina hidrelétrica;

b) Indução eletromagnética e uma central termoelétrica;

c) Campo elétrico e central nuclear;

d) Campo magnético e usina eólica

 

3) Os instrumentos utilizados nas Subestações para elevar ou baixar a tensão que é fornecida as torres de transmissão de energia elétrica são:

a) Disjuntores;

b) Resistores;

c) Reostatos;

d) Transformadores;

e) Capacitores

 

4) O gerador de uma Central nuclear é constituído por 100 espiras fixas ao estator e por ímãs que giram a 20 rad/s presos ao rotor. Os ímãs geram um campo magnético de 200T. A corrente induzida nas bobinas fixas é direcionada a uma Subestação elétrica que tem um transformador com 120 voltas no enrolamento primário e 6000 voltas na bobina secundária. Cada espira do eletroímã do gerador tem impedância eletrica  total de 2 Ω e área de 4m². A rotação do eixo da turbina e consequentemente do gerador é proporcionado pela pressão de vapor de água cujo aquecimento é feito pela energia liberada na fissão das pilhas nucleares de urano no reator.

Determine:

a tensão máxima do gerador;

b) a tensão eficaz do gerador;

c) a corrente eficaz do gerador;

d) a tensão eficaz de saída das Subestação para as linhas de transmissão.

 

5) 30 litros de água a 100ºC em uma caldeira de uma Central Termoelétrica  é aquecida pela queima de 1000 Kg de carvão mineral de calor de combustão 41800 J/kg. O vapor produzido na caldeira irá mover as hélices que farão girar o eixo da turbina e do gerador. Este eixo apresenta, no gerador, um ímã que cria um campo magnético. Preso a estrutura fixa do gerador há um eletroímã em cujas espiras é produzida uma força eletromotriz induzida de 8000V e uma corrente induzida. A impedânciasl do eletroímã é 200 Ω. Despreza-se a perda de energia elétrica dos meios de condução entre o gerador e a Subestação distribuidora de energia para onde a corrente elétrica se encaminha. Na referida Subestação há um transformador com 60 voltas de fio no enrolamento primário e 6000 no enrolamento secundário.

Fonte-figura: Enem 2016

Determine:

a) a elevação de temperatura e a temperatura final do vapor de água na turbina;

b) a corrente elétrica induzida no eletroíma do gerador da usina;

c) a corrente elétrica induzida na bobina secundária do transformador da subestação;

d) a tensão de saída da Subestação;

e) a potência elétrica do transformador da Subestação

 

II) SOBRE PRÁTICAS DA INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA NA TECNOLOGIA E INVENTOS

1) Foi construída uma lanterna que funciona sem pilha. Para isso foi usados uma garrafa PET (área da base de 3 cm²), fita crepe, fio esmaltado, um ímã e um led branco (3,0 V). Fez-se dois enrolamentos na superfície externa da garrafa com fita crepe para acomodar a bobina, deixando um espaço de 8 cm entre eles no qual foi feito um enrolamento de fio esmaltado (1000 voltas) formando o eletroímã. Raspou-se as duas extremidades do fio e ligou-as ao Led. Cobriu-se a bobina com fita e passou-se a movimentar o ímã no interior da garrafa (sacudindo-a).  A reatância indutiva  equivalente dos enrolamentos da bobina é 0,5 Ω. O ímã produz um campo magnético variável de 10 T/s. Suponha que o fluxo luminoso do Led seja de 3,6 lúmen. Considera-se um padrão de qualidade aceitável para a eficiência deste instrumento, em termos de percentagem, valores de 5% a 30%.

Determine:

a) a força eletromotriz induzida na bobina;

b) a corrente induzida na bobina;

c) a potência elétrica do Led;

d) a eficiência lumisosa do Led da lanterna (razão entre o fluxo lumisoso e a potência);

e) se esta lanterna cumpre os padrões de qualidade recomendada.

 

2)  Suponha que um dispositivo detector de metais  seja constituído de um circuito interno formado por uma bateria de 3 V e uma bobina com um enrolamento de 100 voltas. Neste circuito  é estabelecida uma corrente constante de 30 mA que é registrada por um amperímetro ligado em série com a bateria. Quando alguém se aproxima desse detector conduzindo um metal, forma-se na superfície do mesmo (do objeto conduzido) correntes variadas chamadas de correntes de Foucault. Estas correntes criam na bobina do dispositivo detector força eletromotriz induzida e corrente induzida. A área da região delimitada por cada espira da bobina é 4 cm² e o campo magnético formado lá varia a taxa de 40 T/s.

Determine:

a) o módulo da força eletromotriz induzida na bobina do detector;

b) a corrente induzida na bobina do dector;

c) a razão entre as corrente elétricas da bateria no circuito e a corrente induzida na bobina;

d) se o detector de metal sinaliza a presença de metal conduzidor por este alguém.

 

3) ) Uma invensão é feita usando o seguinte material: cano PVC, 2 ímãs, 1 bobina, arame de cobre, 2 hastes de madeira, 1 catavento e 2 traves. Fixa-se a 1ª haste no solo e a 2ª haste mantém ela na vertical de modo que possa girar em torno de si mesma. Prende-se nesta 2ª haste um catavento e dois ímãs. Encaixa esta no cano. Prende no cano um retãngulo de arame contendo uma bobina e uma lâmpada de resistência elétrica 24 Ω. Quando o catavento gira pela força do vento, giram também os ímãs. Considere que a bobina tem uma reatância indutiva de 32 Ω  e que os ímãs formam na região um campo magnético resultante de 200 T. Se o catavento girar a 20 rad/s faz variar o fluxo magnético na bobina acendendo a lâmpada. O raio da bobina é 4 cm.

Determine:

a) a força eletromotriz maxima induzida na bobina;

b) a corrente induzida na bobina;

c) a impedância do circuito que contém a lâmpada;

d) a indutância da bobina;

e) a potência elétrica máxima dissipada pela lâmpada.

 

4) Explique como você poderia utilizar a invensão acima para aquecer certa quantidade de água considerando as perdas mínimas de calor para o meio ambiente  e estime em quanto tempo seria necessário para fazer a temperatura de 2 litros desta água variar de 10ºC.

 

5) Uma fazenda não tem energia elétrica e para solucionar este problema de iluminação pretende-se construir um dispositivo que é composto de um ímã circular que pode girar em torno de um eixo no qual contém uma bobina fixa feita por um enrolamento de fio condutor, com muitas voltas, sobre uma haste cilíndrica de ferro.  Presa as extremidades do fio que forma a bobina é ligado uma lâmpada. Uma das formas dessa invenção ser bem sucedida é:

a) girar o ímã pela força do vento;

b) ligar o ímã á lâmpada;

c) ligar o ímã a bobina;

d) esquentar o ímã com uma fonte de calor;

e) esfriar o ímã com algum tipo de gelo.

 

6) Considere a seguinte invensão: A água de um recipiente ligado a uma tubulação é aquecida pela queima de bagaço de cana-de-açúcar e o vapor produzido irá girar as hélices presas a um eixo. O vapor depois é resfriado por água corrente externa, passa por uma bomba d'água e retorna a ao recipiente onde foi aquecida pela queima do bagaço de cana. No prolongamento do eixo que tem as hélices, há um ímã preso e este. Este ímã move-se ao redor de uma bobina fixa em cujas extremidades do enrolamento é adaptado a um anel metálico. O resultado dessa experiência irá produzir:

a) alcool e metanol;

b) energia química;

c) energia elétrica;

d) energia térmica;

e) hidrogênio.

 

7) Um certo equipamento utiliza duas bobinas como mostrado abaixo, sendo que a primeira está sendo alimentada por uma pilha e ela move-se em relação a uma segunda bobina fixa conectada a um multímetro.

Esta tecnologia poderia ser utilizada por:

I) uma usina hidrelétrica para produzir energia elétrica;

II) uma usina termonuclear para produzir energia elétrica;

III) uma usina nuclear para produzir energia elétrica;

IV) um motor a diesel para mover uma locomotiva.

 

Poderia está certa(s) a(s) aternativa(s):

a) I                              b) II                           c) III                           d) IV                        e) I, II e III

Última atualização em Qui, 31 de Janeiro de 2019 16:50