Questão 130 — ENEM 2020 (Natureza)

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)

• 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.
• B) fluxo magnético através das bobinas, por meio de um aumento em sua área interna exposta ao campo magnético aplicado.
• C) intensidade do campo magnético no qual as bobinas estão imersas, por meio de aplicação de campos magnéticos mais intensos.
• D) rapidez com que o fluxo magnético varia através das bobinas, por meio de um aumento em sua velocidade angular. — Gabarito (resposta correta)
• E) resistência interna do condutor que constitui as bobinas, por meio de um aumento na espessura dos terminais.

Resolução

Esta questão avalia o conceito de indução eletromagnética, especificamente a Lei de Faraday, que estabelece que a força eletromotriz (fem) — responsável pela diferença de potencial nos terminais das bobinas — é diretamente proporcional à rapidez com que o fluxo magnético varia no tempo:

|\varepsilon| = N \left|\frac{d\Phi}{dt}\right|

Em um gerador, as bobinas giram em um campo magnético, e o fluxo varia de forma senoidal: \Phi = NBA\cos(\omega t). A diferença de potencial máxima é dada por \varepsilon_{max} = NBA\omega. Portanto, aumentar a velocidade angular \omega aumenta diretamente a taxa de variação do fluxo, elevando a diferença de potencial gerada — exatamente o que descreve a alternativa correta.

As demais alternativas estão incorretas pelos seguintes motivos:

• Diminuir a velocidade de rotação reduziria a taxa de variação do fluxo, diminuindo a diferença de potencial — efeito contrário ao observado.
• Aumentar a área interna da bobina eleva o valor máximo do fluxo, mas não necessariamente sua taxa de variação; além disso, a área das bobinas não é alterada durante o funcionamento.
• Aplicar campos magnéticos mais intensos aumentaria \varepsilon_{max}, mas a alternativa não descreve corretamente o mecanismo central da Lei de Faraday: é a variação do fluxo, e não o campo estático em si, que induz a fem.
• Aumentar a resistência interna do condutor não gera diferença de potencial; resistência é propriedade passiva e seu aumento causaria maior dissipação, não maior fem.

Todas as questões do ENEM · Simulado ENEM — questões com gabarito e explicação, grátis e sem cadastro.