Lista de Exercícios de Física III - Campo Elétrico e Magnético

UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA LISTA 3 FÍSICA III FRP203 Prof Pablo D Borges 1 1 Um campo elétrico de 15 kVm e um campo magnético de 044 T agem sobre um elétron em movimento e não produzem nenhuma força a Calcule a velocidade mínima do elétron b Desenhe os vetores E B e v R a 375 kms 2 a Em um campo magnético com B 050 T para que raio de uma trajetória circular um elétron irá se mover com uma velocidade de 010c c30x108 ms b Qual será a sua energia cinética em eV eletronvolts Ignore os efeitos relativísticos R a 034 mm b 26 keV 3 Um elétron com energia cinética igual a 122 x 103 eV descolase segundo um movimento circular em um plano perpendicular a um campo magnético uniforme O raio da órbita é igual a 247cm Calcule a a velocidade do elétron b o campo magnético c o tempo que o elétron gasta para dar uma volta completa período R a1466x106ms b3375x104T c106x107s 4 Um elétron em um campo magnético uniforme tem a velocidade v 40 i 35 j kms Ele experimenta uma força F 42 i 48 j fN Se Bx 0 calcule o vetor campo magnético R 075k T 5 Comente a experiência de C H Oestead 6 Uma barra horizontal com 0200 m de comprimento é montada sobre uma balança e conduz uma corrente No local da barra existe um campo magnético uniforme horizontal com módulo igual a 0067 T e direção perpendicular à barra A força magnética sobre a barra medida pela balança é igual a 013 N Qual é o valor da corrente elétrica na barra R 1085A 7 Um condutor longo e rígido posicionado ao longo do eixo x conduz uma corrente de 50 A no sentido x Um campo magnético B 3i 8x2j mT está presente Calcule a força sobre o seguimento de 20 m do condutor que está posicionado entre x 12 m e x 32 m R 0828k N 8 Uma espira retangular de 50cm x 80cm está em um plano paralelo a um campo magnético de 019 T A espira conduz uma corrente igual a 62 A a Qual é o torque que atua sobre a espira b Qual é o módulo do momento magnético da espira R a47x103Nm b0025 Am2 9 Determine o campo magnético gerado ao longo de um eixo central e normal ao plano de uma espira circular de corrente 10 A eq B 0i 2d sugere que um forte campo magnético é estabelecido em pontos próximos a um fio longo conduzindo uma corrente Uma vez que existe uma corrente i e um campo magnético B por que não existe uma força sobre o fio de acordo com a equação F iL x B 11 Dois fios retos longos e perpendiculares passam próximos um ao outro Se os fios estão livres para se moverem descreva o que acontece quando passam correntes por ambos Justifique sua resposta utilizando das equações matemáticas representativas deste problema 12 Um fio reto longo conduz uma corrente de 488 A Um elétron viajando a 108 x 107 ms está a 520 cm do fio Calcule a força que age sobre o elétron se este se move a em direção ao fio b paralelo à corrente e c perpendicular ás direções definidas em a e b R a 0324 fN b 0324 f N c zero 13 Dois fios retos longos e paralelos separados por 075 cm são perpendiculares ao plano da página como mostra a figura O fio F1 conduz uma corrente de 66 A com o sentido entrando na página Determine a corrente intensidade e sentido no fio F2 para que o campo magnético resultante seja nulo no ponto P R 44A para fora 14 Quatro fios longos de cobre são paralelos entre si e estão dispostos nos vértices de um quadrado de aresta igual a 245 cm Eles conduzem correntes igual a i 187 A todas no mesmo sentido Calcule a força por metro sobre qualquer um dos fios Forneça a intensidade direção e sentido R 606 µN UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA LISTA 3 FÍSICA III FRP203 Prof Pablo D Borges 2 b a c 15 A figura mostra um fio longo conduzindo uma corrente i1 A espira retangular conduz uma corrente i2 Calcule a a força resultante agindo sobre a espira Suponha que a 110 cm b 920 cm L 323 cm i1 286 A e i2 218 A b fazendo i2 0 determine a intensidade do fluxo magnético através da espira e a corrente induzida na espira à medida que se move para longe do fio com velocidade v na direção e sentido do eixo Z R a32x103N b 46x106 i1 16 Cada um dos oito condutores indicados na figura abaixo conduz uma corrente de 20 A no sentido para dentro ou para fora da página Dois caminhos estão indicados para a integra de linha B ds 0i Qual o valor da integral para a o caminho pontilhado e b o caminho tracejado R a 25 µTm b zero 17 Um solenóide de 133 cm de comprimento e 260 cm de diâmetro conduz uma corrente de 178 A O campo magnético dentro do solenóide é 224 mT Determine o comprimento do fio do solenóide R 109 m 18 A figura abaixo mostra a seção transversal de um condutor longo de um tipo chamado cabo coaxial com raios ab e c Existem correntes i antiparalelas uniformemente distribuidas nos dois condutores Determine as expressões para o campo mangético nas regiões a r a b a r b c b r c e d r c Represente B através do gráfico B x r 19 A intensidade da fem induzida em uma bobina através da qual um ímã se move é afetada pela intensidade do campo magnético do imã O número de espiras também pode afetar a fem Justifique suas respostas 20 O pólo norte do imã se move para longe de um anel de cobre como mostra a figura ao lado Na parte do anel que está mais afastada do leitor qual o sentido da corrente a b i2 L Z UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA LISTA 3 FÍSICA III FRP203 Prof Pablo D Borges 3 21 Uma antena circular de UHF Ultra High Frequency para TV tem um diâmetro de 112 cm O campo magnético do sinal de TV que chega é normal ao plano da antena e em um instante de tempo a sua intensidade está variando à taxa de 157 mTs Admitindo que o campo é uniforme determine a fem induzida na antena R 155x103 V 22 Na figura abaixo o fluxo magnético através da espira mostrada cresce de acordo com a relação ΦB 6t2 7t Wb Determine a o valor absoluto da fem induzina na espira quando t 2 s b qual o sentido da corrente através da espira R a 31V b antihorário 23 Foi fornecido 525 cm de fio de cobre diâmetro 110 mm Uma espira circular foi montada e posicionada em ângulo reto com um campo mangético uniforme que cresce com o tem a uma taxa constante de 982 mTs A que taxa a energia interna é gerado na espira R 497 µW 24 Explique o que são as correntes de Foucault correntes parasitas e sua aplicação na construção dos freios magnéticos 25 Baseado no estudo do comportamento dos momentos magnéticos e das interações atômicas nos materiais magnéticos explique o paramagnetismo diamagnetismo e o ferromagnetismo 26 O momento de dipolo magnético da Terra é de 80 x 1022 JT Suponha que isto é produzido por cargas fluindo na camada externa fundida no núcleo da Terra Se o raio da trajetória circular é de 3500 km calcule a corrente necessária R 21 x 109 A 27 Uma espira circular de raio 80 cm conduz uma corrente de 020 A Um vetor unitário paralelo ao momento de dipolo µ da espira é dado por 06i 08j Se espira está posicionada em um campo magnético dado por B 025i 030j T determine o torque sobre a espira R 141x103Nm 28 A indutância de uma bobina de enrolamento com 400 voltas é de 80 mH Calcule o fluxo magnético através da bobina quando a corrente é de 50 mA R 100 nWb 29 Mostre que a indutância equivalente entre dois indutores L1 e L2 separados por uma grande distância é a 1Leq 1L1 1L2 se associados em paralelo e b Leq L1 L2 se associados em série Porque a sua separação deve ser grande para que estas relações possam ser empregadas 30 A corrente em um circuito RL cai de 116 A para 102 mA em um intervalo de tempo de 150 s imediatamente após a remoção da bateria do circuito Se L é de 944 H ache a resistência R do circuito R 298 Ω 31 A energia magnética armazenada em um dado indutor é de 253 mJ quando a corrente é de 620 mA a Calcule a indutância b Qual é a corrente necessária para que a energia magnética seja quadruplicada R a 132 H b 0124 A 32 Osciladores LC têm sido utilizados em circuitos conectados a altofalantes para criar alguns sons de música eletrônica Que valor de indutância de um determinado indutor deve ser utilizada com um capacitor de 67 µF para gerar uma frequência de 10 kHz perto do limite superior da faixa de frequências audíveis R 0038 mH x x x B x x x x x x UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA LISTA 3 FÍSICA III FRP203 Prof Pablo D Borges 4 33 Uma bobina de indutância 883 mH e resistência desconhecida e um capacitor de 937 nF são conectados em série com um oscilador de 937 Hz O ângulo de fase φ entre a fem aplicada e a corrente é de 75 graus Determine a resistência da bobina 34 Para dado circuito RLC a fem máxima do gerador é de 125 V e a sua corrente máxima é de 320 A Se a corrente está adiantada em relação à fem de 563 graus a qual a impedância e b qual a resistência do circuito c o circuito é predominantemente capacitivo ou indutivo R a 391Ω b 217 Ω 35 Explique o princípio de funcionamento do Transformador 36 Um gerador supre 150 V para o enrolamento primário de 65 espiras de um transformador Se o enrolamento secundário tem 780 espiras qual é a tensão no secundário R 1800V 37 Escreva as quatro equações de Maxwell mostrando o significado físico de cada uma delas F I M