Questão 98 do ENEM 2020 — Ciências da Natureza

ENEM 2020Ciências da Natureza1ª aplicação

Em uma usina geradora de energia elétrica, seja através de uma queda-d’água ou através de vapor sob pressão, as pás do gerador são postas a girar. O movimento relativo de um ímã em relação a um conjunto de bobinas produz um fluxo magnético variável através delas, gerando uma diferença de potencial em seus terminais. Durante o funcionamento de um dos geradores, o operador da usina percebeu que houve um aumento inesperado da diferença de potencial elétrico nos terminais das bobinas.

Nessa situação, o aumento do módulo da diferença de potencial obtida nos terminais das bobinas resulta do aumento do(a)

intervalo de tempo em que as bobinas ficam imersas no campo magnético externo, por meio de uma diminuição de velocidade no eixo de rotação do gerador.

fluxo magnético através das bobinas, por meio de um aumento em sua área interna exposta ao campo magnético aplicado.

intensidade do campo magnético no qual as bobinas estão imersas, por meio de aplicação de campos magnéticos mais intensos.

rapidez com que o fluxo magnético varia através das bobinas, por meio de um aumento em sua velocidade angular.

Resposta correta

resistência interna do condutor que constitui as bobinas, por meio de um aumento na espessura dos terminais.

Gabarito oficial: alternativa D

Resolução comentada

O enunciado descreve um gerador elétrico, dispositivo que converte energia mecânica em energia elétrica por indução eletromagnética. O operador percebeu um aumento inesperado na diferença de potencial (tensão) gerada, e precisamos identificar a causa.

A lei que rege o fenômeno

O comportamento de um gerador é descrito pela Lei de Faraday-Neumann-Lenz. Ela diz que a força eletromotriz induzida (a diferença de potencial, representada por $\varepsilon$ ) é proporcional à rapidez com que o fluxo magnético $\Phi$ varia no tempo:

$|\varepsilon| = \left| \frac{\Delta \Phi}{\Delta t} \right|$

Onde:

$|\varepsilon|$ é o módulo da diferença de potencial induzida;
$\Delta \Phi$ é a variação do fluxo magnético;
$\Delta t$ é o intervalo de tempo em que essa variação ocorre.

O termo $\dfrac{\Delta \Phi}{\Delta t}$ é justamente a rapidez com que o fluxo magnético varia.

Aplicando ao gerador

No gerador, o fluxo varia porque as pás giram, mudando continuamente a posição relativa entre os ímãs e as bobinas. Se as pás passarem a girar mais rápido — isto é, se a velocidade angular $\omega$ aumentar — cada ciclo de variação do fluxo se completa em um intervalo de tempo $\Delta t$ menor.

Dividir a mesma variação de fluxo por um tempo menor resulta em uma taxa de variação maior. Portanto, $|\varepsilon|$ aumenta.

Conclusão

O aumento da diferença de potencial observado resulta do aumento da rapidez com que o fluxo magnético varia através das bobinas, provocado pelo aumento da velocidade angular de rotação do gerador. Isso corresponde à alternativa D.

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Fonte: prova oficial do ENEM 2020 (INEP). Resolução comentada pela equipe do Alvo ENEM.