Questão 118 do Enem 2020 Digital: por que o motor queima quando o eixo trava

Enem 2020 Digital · 2º dia · caderno azul · Física · Eletricidade

Nos outros cadernos: amarelo 120 · rosa 125 · cinza 100

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

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.

Uma pilha ligada por uma chave a um motor com eixo; ao lado, o circuito equivalente: o gerador (pilha) com força eletromotriz ε e resistência interna r, ligado ao motor com força contraeletromotriz ε' e resistência interna r'

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?

Tente antes de ler a resolução: toque numa alternativa.

Resolução comentada

O que a questão pede

O que acontece com a força contraeletromotriz e com a energia quando o motor trava.

A força contraeletromotriz depende da rotação

A FCEM (ε’) é a tensão que o próprio motor gera ao girar, por indução. Ela se opõe à pilha e limita a corrente. Quanto mais rápido o motor gira, maior a FCEM.

Com o eixo travado

Parado, o motor não induz nada: ε’ = 0. A corrente sobe muito:

i = \frac{\varepsilon - \varepsilon'}{r + r'} \quad\rightarrow\quad i = \frac{\varepsilon}{r + r'}

Sem movimento, nada vira energia mecânica: toda a energia vira calor nas resistências, principalmente no enrolamento do motor (r’). Ele superaquece e pode queimar.

Alternativa D.

D Gabarito: alternativa D

Por que as outras alternativas estão erradas

A
Se a FCEM igualasse a FEM, a corrente seria zero e nada aqueceria. (15,6% marcaram)
B
Foi a mais marcada. A FCEM cai com o motor parado, e não aumenta. Se aumentasse, a corrente diminuiria, e o motor não esquentaria. (28,1% marcaram)
C
A FCEM não inverte, e a energia não volta para a pilha. (16,8% marcaram)
E
Com o eixo travado não há movimento: nenhuma energia vira energia mecânica. (11,7% marcaram)

Raio-X da questão

Dados oficiais dos microdados do Inep: respostas de 26.421 candidatos que fizeram a prova.

Dificuldade pela TRIDifícilParâmetro B: 724 pontosFácil abaixo de 600, média de 600 a 700, difícil a partir de 700. É a 4ª mais difícil de 45 questões válidas desta prova. O parâmetro B, na escala de notas do Enem (500 + 100 · b), é a nota em que o candidato passa a ter mais chance de acertar a questão do que de errar, sem contar o chute.

Acertaram27,5%dos candidatos marcaram a D

Habilidade 23 · Competência 6Avaliar possibilidades de geração, uso ou transformação de energia em ambientes específicos, considerando implicações éticas, ambientais, sociais e/ou econômicas.

Como os candidatos responderam

A15,6%
B28,1% mais marcada
C16,8%
D27,5% ✓ gabarito
E11,7%

Em branco: 0,2% · Mais de uma marcada: 0%

Quanto acertaram, por nota em Ciências da Natureza

abaixo de 50025,1%
500 a 60029,3%
600 a 70035,6%
700 ou mais51,5%

Quando o acerto sobe muito de uma faixa para a outra, a questão separa bem quem domina o conteúdo de quem não domina. Na TRI, isso é o parâmetro de discriminação.

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