Baseado nas questões anteriores, descreva o princípio de funcionamento dos motores e geradores elétricos.

Passo 1

O enunciado pede para descrever como os motores elétricos convertem energia elétrica em mecânica e como os geradores fazem o inverso. O conteúdo principal aqui é eletromagnetismo: usamos a força de Lorentz para o motor e a lei de Faraday da indução eletromagnética para o gerador.

Passo 2

Num motor elétrico, uma corrente percorre um condutor imerso em um campo magnético. Cada elemento de fio que carrega corrente sofre a força de Lorentz, dada por
\mathbf{F} = q\,\mathbf{v} \times \mathbf{B}
para cargas q em movimento com velocidade \mathbf{v} no campo \mathbf{B}. No caso de um fio com corrente I, essa expressão se torna
\mathrm{d}\mathbf{F} = I\,\mathrm{d}\boldsymbol{\ell} \times \mathbf{B}\,.
Em uma bobina montada em um eixo, as forças em lados opostos produzem um torque que faz a bobina girar, convertendo energia elétrica em trabalho mecânico. Um comutador (ou inversor) é usado para trocar o sentido da corrente a cada meia-volta, mantendo o torque sempre no mesmo sentido de rotação.

Passo 3

Num gerador elétrico, fazemos o processo inverso: aplicamos um torque para girar uma bobina dentro de um campo magnético. A variação do fluxo magnético \Phi através da bobina induz uma força eletromotriz \varepsilon, de acordo com a lei de Faraday:
\varepsilon = -\frac{\mathrm{d}\Phi}{\mathrm{d}t}\,.
Aqui \Phi = \int \mathbf{B}\cdot\mathrm{d}\mathbf{A} é o fluxo do campo magnético pela área da espira. Conforme a bobina gira, \Phi muda com o tempo e gera-se uma tensão que faz a corrente fluir pelo circuito externo, convertendo trabalho mecânico em energia elétrica.

Passo 4

Em essência, motores e geradores são dispositivos reversíveis: o motor usa corrente para gerar torque via força de Lorentz, enquanto o gerador usa torque para variar o fluxo magnético e induzir tensão via lei de Faraday. Ambos dependem do mesmo princípio de interação entre corrente, movimento e campo magnético.

Resposta

O motor elétrico funciona aplicando a força de Lorentz sobre condutores com corrente em um campo magnético, gerando um torque que produz rotação. Já o gerador elétrico gira uma bobina num campo magnético para variar o fluxo e, pela lei de Faraday \varepsilon = -\mathrm{d}\Phi/\mathrm{d}t, induzir uma tensão elétrica.

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