Indução eletromagnética

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A indução electromagnética é o fenômeno que origina a produção de uma força electromotriz (f.e.m. ou tensão) num meio ou corpo exposto a um campo magnético variável, ou bem num meio móvel exposto a um campo magnético estático. É assim que, quando o dito corpo é um condutor, produz-se uma corrente induzida. Este fenómeno foi descoberto por Michael Faraday que o expressou indicando que a magnitude da tensão induzida é proporcional à variação do fluxo magnético (Lei de Faraday).

Por outro lado, Heinrich Lenz comprovou que a corrente devida à f.e.m. induzida se opõe à mudança de fluxo magnético, de tal forma que a corrente tende a manter o fluxo. Isto é válido tanto para o caso em que a intensidade do fluxo varie, ou que o corpo condutor se mova em relação a ele.

Indução electromagnética é o princípio fundamental sobre o qual operam transformadores, geradores, motores elétricos e a maioria das demais máquinas eléctricas.

Independentemente do tipo de combustível ou fonte de energia usada para gerar energia elétrica, em quase todos os casos é gerada energia mecânica de rotação que é logo usada para gerar eletricidade.

Um exemplo é a energia eólica, uma das fontes de energia renováveis que estão a ser utilizadas para reduzir a contaminação produzida pelos combustíveis fósseis. Portugal é um dos países em que a energia eólica corresponde a uma percentagem mais elevada da energia elétrica total, com aproximadamente 9%.[1]

O princípio que permite transformar a energia mecânica de rotação em eletricidade é a indução eletromagnética.

História[editar | editar código-fonte]

Do ponto de vista da evolução da ciência, os trabalhos de Faraday sobre indução eletromagnética, em conjunto com a experiência de Ørsted (físico dinamarquês), conduziram à unificação dos fenómenos elétricos e magnéticos, ou seja, ao eletromagnetismo[2].

Campo elétrico induzido[editar | editar código-fonte]

Consideremos uma barra condutora em movimento dentro de um campo magnético uniforme, , como se mostra na figura abaixo. Sobre cada partícula com carga dentro do condutor atua uma força magnética:

Barra condutora em movimento, dentro de um campo magnético. A força magnética faz acumular cargas opostas nos extremos da barra.

Essa força magnética faz deslocar as cargas de condução no condutor; na situação da figura acima, ficará um excesso de cargas negativas no extremo inferior da barra, e um excesso de cargas positivas no extremo superior, independentemente do sinal das cargas de condução.[1]

Mas se analisarmos o problema do ponto de vista do referencial S', que se desloca com o condutor, nesse referencial o condutor está em repouso e, portanto, não existe nenhuma força magnética sobre as cargas. Como se explica acumulação de cargas nos dois extremos da barra?

O problema está em que a velocidade é uma grandeza relativa, diferente em diferentes referenciais; isso implica que, para que a equação acima seja correta, é preciso alguma condição adicional que defina exclua todos os referenciais, excepto um onde a equação é válida. A segunda lei de Newton implica que as força deve ser invariante, devido a que a aceleração e a massa são invariantes.

O problema resolve-se admitindo que os campos elétrico e magnético não são invariantes. Dois observadores em dois referenciais diferentes observam diferentes valores para os campos elétrico e magnético, mas observam a mesma força eletromagnética:

Campo elétrico induzido pelo movimento dentro do campo magnético.

A força eletromagnética é invariante. A primeira equação é válida unicamente num referencial em que o campo elétrico seja nulo. No referencial que se desloca com a barra na figura, deverá aparecer um campo elétrico induzido:

que produz uma força elétrica igual à força magnética observada no referencial em que a barra se desloca com velocidade relativa .(figura ao lado)

É como se existisse uma , no condutor, igual à diferença de potencial entre os extremos.[1]

Se o comprimento da barra for , a f.e.m. induzida será:[1]

Experiências e análises[editar | editar código-fonte]

Experiências[editar | editar código-fonte]

Por exemplo, aproximando e afastando um íman de uma bobina de fio de cobre, ligada a um galvanómetro (aparelho que detecta uma corrente elétrica, com base nos fenómenos eletromagnéticos), observa-se a produção de corrente elétrica, ora num sentido, ora noutro, consoante a aproximação ou afastamento do íman.[2] Verifica-se, portanto, que:

  • Só se produz corrente elétrica quando o íman se movimenta em relação à bobina de fio de cobre, ou quando a bobina se movimenta em relação ao íman;
  • A intensidade da corrente aumenta com a rapidez do movimento do íman em relação à bobina e vice-versa. Depende também do número de espiras e da intensidade da força magnética do íman;
  • O sentido da corrente não é o mesmo.

A este fenómeno, que tem muitas aplicações úteis, chama-se indução eletromagnética e à corrente elétrica produzida por indução, dá-se o nome de corrente elétrica induzida. Ao íman chama-se indutor e à bobina, chama-se induzido.[2]

Análises[editar | editar código-fonte]

Analisando as experiências feitas, Faraday verificou que surgia uma corrente induzida sempre que havia variação de uma grandeza associada ao campo magnético - o fluxo magnético. [2]

Aplicações[editar | editar código-fonte]

As ondas eletromagnéticas associadas à propagação de um campo magnético variável, estão na base do funcionamento da rádio, da televisão, das comunicações por satélite, etc.[2]

Ver também[editar | editar código-fonte]

Referências

  1. a b c d Villate, Jaime E. Eletricidade e Magnetismo (Porto [s.n.]). p. 22. ISBN 978-972-99396-2-4. 
  2. a b c d e Maciel, Noemia (2012). Física, 12 Classe (Luanda: Porto Editora). ISBN 978-972-0-08020-2.