Uma bobina retangular de 50 espiras, de dimensões
, gira em um campo magnético uniforme de 0,75 T a 3.600 revoluções por minuto (rpm). (a) Determine a fem induzida na bobina em função do tempo. (b) Se a bobina estiver conectada a um resistor de
, qual é a potência, em função do tempo, necessária para manter a bobina girando a 3.600 rpm ?
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício de indução eletromagnética! O enunciado fala sobre uma bobina retangular que gira em um campo magnético. A matéria envolvida aqui é a Lei de Faraday da Indução Eletromagnética e conceitos de potência elétrica. Para resolver, vamos precisar entender como calcular a fem induzida e a potência em circuitos elétricos com resistores.
Passo 2
Primeiro, vamos entender os dados que temos:
- Número de espiras (N): 50
- Dimensões da bobina: 0,15 m x 0,40 m
- Campo magnético (B): 0,75 T
- Velocidade de rotação: 3.600 rpm
Precisamos converter as rotações por minuto (rpm) para radianos por segundo para facilitar os cálculos futuros.
Passo 3
Para converter rpm para rad/s, usamos a fórmula:
Substituindo:
Passo 4
Agora, calculamos a área da bobina. Como é retangular, a área (A) é:
Passo 5
A fem induzida em uma bobina que gira em um campo magnético é dada pela Lei de Faraday:
Onde
é o fluxo magnético. Derivando em relação ao tempo:
Portanto, a fem induzida fica:
Passo 6
Substituindo os valores que temos:
Calculando os valores constantes:
Assim, a fem induzida é:
Passo 7
Agora, para a parte (b), precisamos calcular a potência necessária para manter a bobina girando quando conectada a um resistor de
.
A potência elétrica em um circuito é dada por:
Onde
é a resistência.
Passo 8
Substituindo os valores:
Simplificando:
Resposta
(a) A fem induzida na bobina em função do tempo é:
(b) A potência necessária para manter a bobina girando a 3.600 rpm é: