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Física

Indução eletromagnética

Miguel Bertelli
Publicado por Miguel Bertelli
Última atualização: 9/2/2020

Introdução

Chamamos de indução eletromagnética o fenômeno em que uma corrente elétrica aparece em um condutor quando ele está em um campo magnético variável.

Podemos ter também a indução eletromagnética caso o condutor esteja se movendo em relação ao campo magnético.

História

A indução eletromagnética foi descoberta por dois cientistas de forma independente: Michael Faraday (1791-1867) e o Joseph Henry (1797-1878) em 1831.

Faraday descobriu a indução eletromagnética através do seu experimento descrito abaixo, e mais tarde, através de outras manifestações, como o aparecimento de uma corrente estável ao girar um disco de cobre perto perto de um ímã. 

Na época, as idéias de Faraday foram rejeitadas pela comunidade científica por falta de formalismo matemático, porém, posterior a isso, James Clerk Maxwell (1831-1879) utilizou as idéias de Faraday e um formalismo matemático para unificar toda a teoria do eletromagnetismo.

Experiência de Faraday

Esquema do experimento de Faraday

Faraday pegou um anel de ferro, e enrolou um fio de cobre independente do outro em cada lado do anel. No fio de cobre que se encontrava em um dos lados do anel foi ligado uma bateria, e no outro fio uma bússola

Quando a bateria era ligada, ou desligada, a bússola variava sua direção, porém quando a corrente ficava constante, não havia movimentação da bússola.    

Com isso ele descobriu a existência de um corrente elétrica induzida, e constatou o mesmo para o movimento de um imã perto de um condutor.

Lei de Faraday

Para explicar o fenômeno de indução eletromagnética, Faraday enunciou uma lei. Ela diz que sempre que houver variação do fluxo magnético através do circuito, haverá uma força eletromotriz induzida no mesmo.

Fórmula da Lei de Faraday

A lei de Faraday é dada pela fórmula abaixo:

\[\epsilon =-\frac{\Delta \phi }{\Delta t}\]

O sinal de menos existente na fórmula é justificado pela lei de Lenz descrita abaixo.

Sendo:

  • \(\epsilon\): Força eletromotriz induzida;
  • \(\Delta \phi\) : Variação do fluxo magnético;
  • \(\Delta t\): Variação do tempo;

Lei de Lenz

Faraday conseguiu descobrir a existência da corrente induzida, porém não conseguiu definir o sentido da mesma.

Heinrich Lenz (1804-1865) enunciou uma lei para definir o sentido da corrente induzida.

A lei de Lenz diz que o sentido da corrente induzida é o sentido oposto da variação do campo magnético que a produziu.

Exemplos de aplicação

Transformadores

Para auxiliar na distribuição da energia elétrica até chegar em sua casa, é necessário alterar o valor da tensão, seja para aumentar o valor logo que sai da usina para não haver perdas, ou diminuir o valor para chegar nas residências.

O dispositivo utilizado para aumentar ou diminuir essa tensão se chama transformador.

Ele é composto por um núcleo (um material ferromagnético), onde temos dois fios condutores enrolados de forma independente, formando várias espiras, e chamamos de bobinas. A bobina que recebe a tensão é chamada de primária, e outra de secundária.

Vamos ter uma corrente alternada chegando na bobina primária, que acaba induzindo uma corrente alternada na bobina secundária.

Conforme a relação entre o número de espiras da bobina primária e da secundária (número de voltas do fio) saberemos se o transformador vai aumentar a tensão ou diminuir.

Se o número de espiras no primário for maior que no secundário ocorrerá uma diminuição da tensão, e se for ao contrário, ocorrerá um aumento. 

Fórmula do transformador

Abaixo podemos ver uma fórmula que relaciona o número de espiras com a tensão:

\[\frac{N_{p}}{N_{s}}=\frac{U_{p}}{U_{s}}\]

Sendo:

  • \(N_{p}\): Número de espiras na bobina primária;
  • \(N_{s}\): Número de espiras na bobina secundária;
  • \(U_{p}\): Tensão na bobina primária;
  • \(U_{s}\): Tensão na bobina secundária;

Geradores

Com a descoberta da corrente induzida foi possível desenvolver formas de gerar energia elétrica, como uma usina hidrelétrica, ou um alternador que recarrega a bateria de um carro.

O gerador funciona com um dínamo que converte a energia mecânica em elétrica pela indução eletromagnética.

Fórmulas

\[\epsilon =-\frac{\Delta \phi }{\Delta t}\]

\[\frac{N_{p}}{N_{s}}=\frac{U_{p}}{U_{s}}\]


Exercícios

Exercício 1
(ENEM/2014)

O funcionamento dos geradores de usinas elétricas baseia-se no fenômeno da indução eletromagnética, descoberto por Michael Faraday no século XIX. Pode-se observar esse fenômeno ao se movimentar um ímã e uma espira em sentidos opostos com módulo da velocidade igual a v, induzindo uma corrente elétrica de intensidade i, como ilustrado na figura.

A fim de se obter uma corrente com o mesmo sentido da apresentada na figura, utilizando os mesmos materiais, outra possibilidade é mover a espira para a

Ilustração: Rapaz corpulento de camiseta, short e tênis acenando

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