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 fenômeno 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 ao f.e.m. induzida se opõe à mudança de fluxo magnético, de forma tal 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.

A energia eólica é 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%.

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.

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

Campo elétrico induzido

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

${\vec {F}}_{\mathrm {m} }=q\,{\vec {v}}\times {\vec {B}}$

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.

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:

${\vec {F}}=q\left({\vec {E}}+{\vec {v}}\times {\vec {B}}\right)$

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:

${\vec {E}}_{\mathrm {i} }={\vec {v}}\times {\vec {B}}$

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

É como se existisse uma Falhou a verificação gramatical (Erro de conversão. O servidor ("https://wikimedia.org/api/rest_") devolveu: "Cannot get mml. TeX parse error: Undefined control sequence \emph"): {\displaystyle {\emph {fem}}} , no condutor, igual a diferença de potencial entre os extremos.

Se o comprimento da barra for $L$, a fem induzida será:

$\varepsilon _{i}=L\,|{\vec {v}}\times {\vec {B}}|$