Ciências da NaturezaMagnetismo (Campos Magnéticos e Indução Eletromagnética)Difícil

Questão de Magnetismo (Campos Magnéticos e Indução Eletromagnética) — ENEM

Em um programa de desenvolvimento de transporte sustentável, engenheiros estudam o freio magnético de correntes de Foucault usado em trens de alta velocidade. O sistema dispensa pastilhas de atrito: um disco condutor de alumínio acoplado ao eixo gira dentro de um eletroímã. Quando o campo magnético é ativado, as variações de fluxo induzem correntes circulares no disco — as correntes de Foucault — cujo campo se opõe, pela lei de Lenz, ao campo causador da variação. Essa oposição gera uma força de freio proporcional à velocidade de rotação. Quanto mais rápido o disco gira, maior é a variação de fluxo, maior a corrente induzida e mais intenso o freio. A equipe observa que, quando o disco para completamente, a força de freio desaparece, mesmo com o eletroímã ativado. Considerando os princípios da indução eletromagnética e da lei de Lenz, qual é a explicação física mais completa para o funcionamento desse freio e para o fato de a força cessar quando o disco fica parado?
AO freio ocorre porque as correntes de Foucault geram campo que se opõe ao movimento, porém cessa quando o disco para porque sem rotação não há variação de fluxo e portanto não há corrente induzida.
BO freio ocorre porque as correntes de Foucault aquecem o disco e o atrito térmico desacelera o trem; ele cessa quando o disco esfria ao parar.
CO freio funciona apenas enquanto o eletroímã está desligado; ao ligar o campo, o freio desaparece independentemente da rotação.
DO freio resulta da atração entre o disco de alumínio e o eletroímã, pois o alumínio é ferromagnético a altas velocidades.
EO freio é causado pelo campo elétrico do eletroímã que desacelera as cargas do disco; com o disco parado, o campo elétrico não desaparece e o freio continua.

Gabarito comentado

As correntes de Foucault são correntes induzidas em condutores sólidos pela variação do fluxo magnético. A lei de Lenz garante que elas se opõem à variação que as gerou, produzindo forças de freio sem contato mecânico. Essa tecnologia é usada em trens, elevadores e sistemas de amortecimento industrial, pois não há desgaste por atrito.

Resolução passo a passo

O freio magnético de correntes de Foucault funciona da seguinte forma: o disco em rotação experimenta variação de fluxo magnético, pois diferentes partes entram e saem da região do campo; pela lei de Faraday, essa variação induz correntes circulares no disco; pela lei de Lenz, essas correntes geram um campo que se opõe à variação que as originou, criando uma força de freio sobre o disco. Quando o disco para, não há mais variação de fluxo — o campo no disco é constante — e portanto não há corrente de Foucault nem força de freio, mesmo com o eletroímã ligado. Isso valida a primeira alternativa. A segunda confunde indução com efeito térmico: o aquecimento do disco é uma consequência do efeito Joule nas correntes induzidas, e não a causa do freio. A terceira inverte a lógica: o campo do eletroímã é exatamente o que possibilita a indução; sem ele, não haveria correntes e não haveria freio. A quarta está errada, dado que o alumínio não é ferromagnético; a força não é de atração entre materiais, mas de oposição ao fluxo variável. A quinta confunde campo elétrico com campo magnético: é o campo magnético variável que induz correntes; e se o disco para, a força cessa, contrariando o que a quinta alternativa afirma.

Quer mais questões de Magnetismo (Campos Magnéticos e Indução Eletromagnética)?

Monte um simulado focado neste subtema e acompanhe sua evolução.

Questão de Magnetismo (Campos Magnéticos e Indução Eletromagnética) para o ENEM — com Gabarito Comentado | SimulENEM