a) Explique o princípio básico de funcionamento de um motor de corrente contínua constituído por N espiras imersas num campo magnético externo;

Passo 1

Beleza, então a questão pede pra gente explicar como funciona, de maneira básica, um motor de corrente contínua que tem N espiras dentro de um campo magnético externo. Basicamente, estamos lidando com conceitos de eletricidade e magnetismo, mais especificamente como a interação entre corrente elétrica e campo magnético cria movimento. Vamos precisar entender um pouco sobre força magnética em condutores e como isso gera torque para fazer o motor funcionar.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar que quando uma corrente elétrica passa por um fio, ele cria um campo magnético ao seu redor. Isso é a base do eletromagnetismo. No motor de corrente contínua, temos N espiras de fio, ou seja, várias voltas formando uma bobina.

Passo 3

Agora, essa bobina com N espiras está imersa em um campo magnético externo, que geralmente é criado por ímãs permanentes ou por eletroímãs. Esse campo magnético externo interage com o campo criado pela corrente que passa pelas espiras.

Passo 4

A força magnética ($ \mathbf{F} $) exercida sobre cada segmento de fio com corrente em um campo magnético é dada pela fórmula:
F
onde $ I $ é a corrente, $ \mathbf{L} $ é o vetor comprimento do fio, e $ \mathbf{B} $ é o campo magnético.

Passo 5

Quando a corrente passa pelas espiras, cada fio dentro da bobina experimenta uma força devido ao campo magnético. Essas forças agem de modo que empurram a bobina, criando um torque ($ \tau $) que faz a bobina girar. O torque total pode ser calculado por:
tau
onde $ N $ é o número de espiras, $ A $ é a área da bobina, e $ B $ é a intensidade do campo magnético.

Passo 6

Enquanto a bobina gira, utiliza-se um comutador para inverter a direção da corrente nas espiras a cada meia-voltada. Isso garante que o torque continue no mesmo sentido, mantendo a rotação contínua da bobina.

Resposta

Então, resumindo, um motor de corrente contínua funciona porque a corrente elétrica que passa pelas N espiras na bobina interage com o campo magnético externo, gerando um torque que faz a bobina girar continuamente.

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