Questão 108 — ENEM 2023

Ficha da Questão

• Matérias necessárias: Eletromagnetismo (Lei de Faraday, indução eletromagnética), Eletrodinâmica (efeito Joule, correntes de Foucault).
• Nível: Médio — exige lembrar que corrente induzida nasce de variação de fluxo magnético (Lei de Faraday-Lenz), distinguindo-a de condução, radiação ou campo elétrico.
• Tema/Habilidade BNCC: EM13CNT301 — construir questões, elaborar hipóteses e analisar processos e fenômenos em termos da transformação e conservação da energia, incluindo indução eletromagnética.
• Gabarito oficial: D

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "O que induz a corrente no fundo da panela em um fogão de indução?"
• Palavras-chave ancorais: "corrente elétrica induzida", "fundo da panela", "efeito Joule", "fogão por indução", "eficiência energética maior".
• Armadilha antecipada: marcar "condução" (B) porque fogão convencional usa condução térmica — mas o enunciado pede a origem da corrente elétrica induzida, não a transferência de calor. Outra armadilha é "radiação" (A), associando fogão a calor radiante.
• Critério de acerto: a alternativa precisa descrever o agente que induz corrente em um condutor — apenas um campo magnético variável (Lei de Faraday).

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

a) Lei de Faraday-Lenz (indução eletromagnética):

$$\epsilon =-\frac{d{\Phi }_B}{dt}$$

Uma variação do fluxo magnético ${\Phi }_B$ através de uma superfície delimitada por um condutor induz nele uma força eletromotriz (fem) $\epsilon$, que faz circular uma corrente induzida. O sinal negativo (Lenz) indica que a corrente induzida gera um campo que se opõe à variação que a criou.

b) Como o fogão de indução funciona (passo a passo):

1. Bobina embaixo do vitrocerâmico é percorrida por corrente alternada de alta frequência (20-100 kHz).
2. Essa corrente gera um campo magnético alternado (oscilante) no espaço acima da bobina.
3. O fundo da panela (de material ferromagnético, como ferro/aço) está dentro desse campo variável.
4. A variação do fluxo magnético através do fundo da panela induz correntes elétricas (correntes de Foucault/parasitas) circulando no metal.
5. Essas correntes encontram resistência elétrica do metal e dissipam energia por efeito Joule ($P=R{i}^2$) → calor.
6. O calor gerado dentro da panela aquece os alimentos.

c) Por que é mais eficiente? Todo o calor é gerado dentro do fundo da panela — quase não há perdas para o ambiente (o vitrocerâmico e a bobina permanecem relativamente frios). Fogões a gás/elétrico convencionais perdem muita energia aquecendo o ar em volta.

d) Por que o fundo precisa ser ferromagnético? Materiais ferromagnéticos (ferro, níquel, aço inox magnético) têm alta permeabilidade magnética — concentram muito fluxo → variação de fluxo é maior → corrente induzida é maior → mais calor. Alumínio, cobre e vidro não funcionam bem (por isso a panela precisa ter fundo específico).

e) Diferenciando as opções:

| Fenômeno | O que é | Induz corrente? |

|---|---|---|

| Radiação | Transferência de calor por ondas EM (infravermelho) | Não (aquece por absorção) |

| Condução térmica | Transferência de calor por contato | Não (corrente elétrica) |

| Campo elétrico variável | $\vec{E}$ oscilante | Induz campo magnético, mas sozinho não gera corrente macroscópica em condutor estático sem circuito |

| Campo magnético variável | $\vec{B}$ oscilante | SIM — Lei de Faraday |

| Ressonância eletromagnética | Fenômeno em circuitos LC específicos | Não é o mecanismo geral do fogão |

Passo 3 — Decodificação do Enunciado

• "corrente elétrica induzida no fundo da panela" → palavra-chave: indução → Lei de Faraday.
• "transformação de energia elétrica em calor por efeito Joule" → confirma que há corrente circulando no metal da panela.
• "fogão por indução" → o próprio nome identifica o princípio físico: indução eletromagnética.

A pergunta é direta sobre o agente indutor: só um campo magnético variável pode induzir corrente num condutor sem contato elétrico.

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Identificar o fenômeno.

"Corrente induzida" → fenômeno de indução eletromagnética (Faraday-Lenz).

Subpasso 4.2 — Lembrar do agente indutor.

Lei de Faraday: só variação de fluxo magnético induz fem. Fluxo magnético varia quando o campo $\vec{B}$ muda no tempo (ou quando a área/orientação do circuito muda — mas aqui a panela está parada, logo só $\vec{B}$ variando resolve).

Subpasso 4.3 — Mapear para as alternativas.

"Campo magnético variável" = alternativa D.

Subpasso 4.4 — Verificar o mecanismo completo.

Corrente alternada na bobina → campo magnético oscilante → fluxo magnético variando no fundo da panela → fem induzida → correntes de Foucault → efeito Joule → calor.

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) radiação. ❌ Incorreta. Radiação transfere energia por ondas eletromagnéticas (infravermelho, visível etc.), que aquecem por absorção de fótons — não geram corrente induzida macroscópica no fundo da panela. Um fogão de resistência radiante (elétrico convencional) usa radiação, não indução.

B) condução. ❌ Incorreta. Condução térmica é transferência de calor entre corpos em contato por agitação molecular — é como o fogão a gás aquece a panela (chama aquece o fundo por contato/convecção/radiação). No fogão de indução, não há contato elétrico entre bobina e panela — a panela se aquece sem estar em contato com nenhuma fonte de calor externa.

C) campo elétrico variável. ❌ Incorreta. Um campo elétrico variável induz campo magnético (corrente de deslocamento de Maxwell), mas por si só não gera corrente macroscópica em um condutor estático conectado a nada. No fogão de indução, o agente direto é o campo magnético oscilante.

D) campo magnético variável. ✅ Correta. Lei de Faraday: $\epsilon =-d{\Phi }_B/dt$. A bobina gera $\vec{B}$ que oscila em alta frequência; essa variação de fluxo induz correntes no fundo ferromagnético da panela, aquecendo-o por efeito Joule.

E) ressonância eletromagnética. ❌ Incorreta. Ressonância é fenômeno específico (circuito LC em frequência natural, ou acoplamento ressonante em wireless charging, por ex.). O fogão de indução não depende de ressonância — funciona com qualquer panela ferromagnética na faixa de frequência da bobina, não numa frequência específica de ressonância da panela.

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação: Alternativa D — fogão de indução opera pela Lei de Faraday: campo magnético variável gerado pela bobina induz correntes de Foucault no fundo da panela, aquecendo-o por efeito Joule.
• Padrão de cobrança ENEM: tecnologia cotidiana (fogão, cartão magnético, transformador, gerador, dínamo, freio regenerativo) sempre cai como aplicação de indução eletromagnética. A palavra "induzida" é um gatilho automático para Faraday.
• Generalização: regra — "corrente induzida ← fluxo magnético variando". Se é gerador, transformador, dínamo, fogão de indução, carregador sem fio → indução; se é lâmpada/aquecedor elétrico → efeito Joule por condução direta; se é aquecedor radiante → radiação.
• Dica de eliminação: em questões com "corrente induzida", elimine automaticamente condução/radiação (modos de transferência de calor, não de indução elétrica) e também ressonância (só cabe se o enunciado citar frequência sintonizada).
• Conexões: transformadores, freios eletromagnéticos em trens, dínamos de bicicleta, guitarra elétrica (captação por indução), cartão magnético → todos usam o mesmo princípio.