Uma bobina cilíndrica é posta em rotação rápida em torno do seu eixo e a seguir é bruscamente parada. Os elétrons livres tendem a continuar o movimento, criando uma assimetria de cargas entre as duas extremidades do fio, pelo que há um aparecimento de uma diferença de potencial. Será que esse fenômeno acontece realmente? Ou é viagem Luiz e do André?
i. Um disco metálico está em rotação rápida em torno do seu eixo. A existência de uma força centrífuga no disco provoca uma acumulação de elétrons sobre as bordas, que se recolhem com a ajuda de um condutor imóvel também ligado ao eixo.
a) Observa-se realmente corrente elétrica?
b) De onde provém a energia elétrica que pode fornecer está corrente?
i. Um disco metálico está em rotação rápida em torno do seu eixo. A existência de uma força centrífuga no disco provoca uma acumulação de elétrons sobre as bordas, que se recolhem com a ajuda de um condutor imóvel também ligado ao eixo.
a) Observa-se realmente corrente elétrica?
b) De onde provém a energia elétrica que pode fornecer está corrente?
Passo 1
Vamos entender o que está acontecendo aqui. Temos um disco metálico girando rápido em torno do seu eixo. A força centrífuga age nos elétrons livres dentro do disco, empurrando-os para as bordas. Esse movimento pode criar uma diferença de potencial elétrico entre o centro e as bordas. Precisamos analisar se essa diferença realmente gera uma corrente elétrica e descobrir de onde vem a energia dessa corrente. Para isso, vamos usar conceitos de força centrífuga, diferença de potencial e conservação de energia.
Passo 2
Primeiro, vamos falar sobre a força centrífuga. Quando o disco gira, cada elétron sofre uma força que o empurra para fora, para as bordas do disco. A força centrífuga
pode ser calculada pela fórmula:
onde:
-
é a massa do elétron, -
é a velocidade angular do disco, -
é a distância do elétron ao eixo de rotação.
Essa força faz com que os elétrons se acumulem nas bordas do disco, criando uma diferença de potencial elétrico entre o centro e as bordas.
Passo 3
Essa acumulação de elétrons nas bordas gera uma diferença de potencial
entre o centro e as bordas. Se conectarmos um condutor entre o centro e as bordas, essa diferença de potencial pode causar o fluxo de elétrons através do condutor, ou seja, uma corrente elétrica
.
A relação entre a corrente, a diferença de potencial e a resistência
do condutor é dada pela Lei de Ohm:
Passo 4
Então, para verificar se realmente há uma corrente elétrica, precisamos considerar:
- A existência da diferença de potencial
criada pela força centrífuga. - A presença de um condutor que permite o fluxo de elétrons do centro para as bordas (ou vice-versa).
Se esses dois fatores estiverem presentes, sim, haverá uma corrente elétrica.
Passo 5
Agora, vamos entender de onde vem a energia elétrica dessa corrente. Quando os elétrons se movem através do condutor, eles perdem energia elétrica. Essa energia não surge do nada; ela vem do trabalho mecânico realizado para manter o disco girando.
O processo é uma transformação de energia: energia cinética da rotação do disco se transforma em energia elétrica na corrente gerada. À medida que a corrente flui, o disco pode desacelerar se não houver um suprimento contínuo de energia mecânica.
Resposta
a) Sim, observa-se uma corrente elétrica gerada pela diferença de potencial criada pela força centrífuga no disco.
b) A energia elétrica fornecida por essa corrente provém do trabalho mecânico realizado para girar o disco, convertendo energia cinética em energia elétrica.
Exercícios relacionados
Força eletromotriz é um nome inadequado. Se pudesse substituí-lo, que nome você daria a essa grandeza? Por quê?
É correto ligar o fio-terra de um aparelho no fio-neutro da rede? Por quê?
Uma torradeira com um elemento de aquecimento feito de Nichrome tem uma resistência de
a
e uma corrente inicial de
. Quando o elemento atinge a temperatura final, a corrente é de 1,3 A. Qual é a temperatura final do elemento?
Pequenas aeronaves freqüentemente possuem sistemas elétricos que funcionam com 24 V, em vez de 12 V, como no caso de automóveis, embora o consumo de potência seja aproximadamente igual nas duas situações. A explicação dada pelos projetistas de aviões é que um sistema de 24 V pesa menos do que um sistema de 12 V porque se podem usar fios mais finos. Explique a razão disso.