Utilizando a força eletromotriz no Enem

Em nossa postagem de hoje vamos estudar sobre um conteúdo muito importante para as questões de física do Enem, que é a força eletromotriz. Para isso, além de comentarmos sobre as equações que estão relacionadas com a força eletromotriz e também com a força contraeletromotriz, vamos apresentar também uma questão retirada do próprio Enem sobre o tema, para que você compreenda como o conteúdo pode ser abordado durante o Exame Nacional do Ensino Médio.

A força eletromotriz

A força eletromotriz (FEM) pode ser entendida como a quantidade de trabalho que um gerador elétrico pode realizar para cada unidade de carga elétrica. Apesar do nome confundir parte dos estudantes, a força eletromotriz é um potencial elétrico, e a sua unidade é dada em volts (V), no Sistema Internacional.

Podemos calcular a força eletromotriz da seguinte maneira:

Em que ε é a força eletromotriz (V), τ é o trabalho do gerador (J) e q é a carga elétrica (C). Com isso, a tensão útil produzida em um gerador nessa situação será:

Onde U é a tensão útil do gerador (V), e é a força eletromotriz (V), r_in é a resistência interna do gerador (Ω) e i é a corrente que atravessa o gerador (A).

A força contraeletromotriz

Já a força contraeletromotriz (FCEM) é denominada toda a energia elétrica que um receptor transformará em outras formas de energia que não sejam calor. Assim, podemos calcular a força contraeletromotriz com a equação a seguir:

Apesar da equação ser igual a utilizada pela FEM, neste caso devemos utilizar o trabalho relacionado às cargas elétricas consumidas pelo receptor. Além disso, a tensão útil de um gerador neste caso pode ser calculada de forma muito parecida, com uma inversão do sinal:

Questão do Enem

Como você pôde perceber ao longo da publicação, tanto a força eletromotriz quanto a força contraeletromotriz são muito importantes para a área da elétrica, sendo também estudadas durante as provas do Enem. Para exemplificar como este conteúdo pode ser cobrado, vamos apresentar a seguir um exercício retirado da prova de 2020 do Enem (aplicação digital), que aborda os conceitos estudados nesta publicação de uma forma muito interessante! Aproveite para treinar o conteúdo estudado!

“Diversos brinquedos são constituídos de pilhas ligadas a um motor elétrico. A figura mostra uma pilha e um motor acoplados, em que ε representa a força eletromotriz (FEM) da pilha, ε’ representa a força contraeletromotriz (FCEM) do motor e r e r’ são resistências internas. Um problema comum que danifica esses brinquedos é o travamento do eixo do motor.

O que ocorre com a FCEM e com a energia fornecida pelas pilhas, que ocasiona danos ao motor, quando seu eixo de rotação é travado?”

a) A FCEM iguala-se com a FEM e toda a energia fornecida pela pilha fica armazenada no circuito.

b) A FCEM sofre grande aumento e toda a energia fornecida pela pilha passa a ser dissipada na forma de calor.

c) A FCEM inverte a polaridade e toda a energia fornecida pela pilha é devolvida para ela na forma de energia potencial.

d) A FCEM reduz-se a zero e toda a energia fornecida pela pilha passa a ser dissipada na resistência interna do motor.

e) A FCEM mantém-se constante e toda a energia fornecida pela pilha continua sendo transformada em energia mecânica

Alternativa correta: D.

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