Explique (a) o funcionamento do motor de corrente contínua (ver seção 27.8 do livro texto) e (b) o efeito Hall (seção 27.9 do livro texto). (2,0 pontos)
Passo 1
Beleza, vamos resolver essa questão que pede para explicar duas coisas importantes da eletricidade: (a) como funciona um motor de corrente contínua e (b) o que é o efeito Hall. Vamos precisar entender um pouco sobre campos magnéticos, corrente elétrica e como eles interagem nos dispositivos.
Passo 2
Primeiro, vamos falar sobre o motor de corrente contínua (CC). Esse motor funciona transformando energia elétrica em energia mecânica. Basicamente, dentro do motor, tem um conjunto de fios chamados de armadura que estão enrolados ao redor de ímãs ou eletroímãs. Quando a corrente elétrica passa por esses fios, ela cria um campo magnético que interage com o campo dos ímãs fixos.
A força resultante dessa interação faz com que a armadura gire. Para que o motor continue girando sem parar, usamos algo chamado comutador, que troca a direção da corrente nos fios conforme a armadura gira, mantendo a força sempre no sentido que faz a rotação acontecer continuamente. Além disso, há escovas de carbono que ajudam a manter a conexão elétrica com o comutador enquanto a armadura gira.
Passo 3
Agora, vamos entender o efeito Hall. Esse efeito acontece quando uma corrente elétrica passa por um material condutor que está em um campo magnético perpendicular à direção da corrente. Devido à força magnética sobre os elétrons em movimento, eles se desviam para um dos lados do material, criando uma diferença de potencial elétrico, ou seja, uma tensão, perpendicular tanto à corrente quanto ao campo magnético.
Essa tensão é chamada de tensão de Hall (V_H) e pode ser usada para medir campos magnéticos ou a densidade de corrente em um material. A fórmula que descreve isso é:
Onde:
- $ I $ é a corrente elétrica,
- $ B $ é a intensidade do campo magnético,
- $ n $ é a densidade de portadores de carga,
- $ q $ é a carga de cada portador,
- $ t $ é a espessura do material.
Resposta
Então, resumindo, o motor de corrente contínua converte energia elétrica em mecânica através da interação entre campos magnéticos e correntes na armadura, usando comutadores e escovas para manter a rotação. Já o efeito Hall descreve como uma corrente elétrica em um material sujeito a um campo magnético perpendicular gera uma tensão elétrica perpendicular, útil para medir campos magnéticos e correntes.