Indução Eletromagnética "Nada é tão maravilhoso que não possa existir, se admitido pelas leis da Natureza" Michael Faraday Conceitos e Aplicações

Definição Fenômeno pela qual é originada uma corrente elétrica num condutor, quando ele é colocado num campo magnético e o fluxo que o atravessa varia. Variáveis: Movimento do condutor/imã (ou ambos, desde que a velocidade relativa entre eles não seja nula) e a Intensidade do campo (se tiver origem em uma corrente elétrica, por exemplo) Princípio dos geradores elétricos modernos e eletroímãs Origem da corrente alternada

A experiência de Faraday Inspirado pelas experiências do físico dinamarquês Hans Oersted, que descobriu a correlação entre o fluxo de corrente elétrica e o surgimento de campos magnéticos, o inglês Michael Faraday buscou provar experimentalmente o princípio oposto. “Se as correntes elétricas produziam efeitos sobre os imãs, os imãs deveriam produzir efeitos sobre as correntes elétricas”

Indução numa bobina com deslocamento de imã Movimento do imã > Variação no fluxo magnético Variações no fluxo magnético > Corrente Elétrica Aproximação/Afastamento > Sentido da corrente

Indução numa bobina produzida por outra bobina

Indução num condutor retilíneo movendo-se em campo uniforme Condutor retilíneo imerso num campo magnético uniforme Deslocamento do condutor gera corrente  

Lei de Faraday A corrente induzida é diretamente proporcional ao fluxo magnético (Φ) que atravessa o circuito na unidade de tempo. O fluxo magnético, medida da quantidade de linhas de indução que atravessa uma superfície, é dado pelo produto da área da superfície pelo cosseno do ângulo entre a perpendicular da superfície e o campo magnético.

Lei de Lenz O sentido da corrente é o oposto da variação do campo magnético que lhe deu origem. Havendo diminuição do fluxo magnético, a corrente criada gerará um campo magnético de mesmo sentido do fluxo magnético da fonte Havendo aumento, a corrente criada gerará um campo magnético oposto ao sentido do fluxo magnético da fonte.

Afastamento (diminuição do fluxo magnético): sentido horário. Aproximação (aumento do fluxo magnético): sentido anti-horário

Aplicações A indução eletromagnética é o princípio básico de funcionamento dos geradores e motores elétricos, sendo estes dois equipamentos iguais na sua concepção e diferentes apenas na sua utilização. No gerador elétrico, a movimentação de uma bobina em relação a um imã produz uma corrente elétrica, enquanto no motor elétrico uma corrente elétrica produz a movimentação de uma bobina em relação ao imã. O princípio da indução eletromagnética é também a base de funcionamento dos eletroímãs, equipamentos que geram campos magnéticos apenas, enquanto uma corrente elétrica produz o efeito de indução. Uma vez desligados perdem suas propriedades, ao contrário dos imãs permanentes.

Os eletroímãs são constituídos por uma barra de ferro, ao redor da qual é enrolado um condutor. Quando passa corrente pelo condutor, ela produz um campo magnético; e a barra de ferro, ficando em um campo magnético, se imanta. Vantagens: 1ª) para inverter os polos, basta inverter o sentido da corrente; 2ª) A imantação por corrente elétrica fornece ímãs muito mais fortes que os naturais; 3ª) O ferro tem a característica de adquirir a capacidade de imantação apenas com a passagem da corrente elétrica. Assim, temos um ímã que só funciona quando queremos. (Nota: o aço, ao contrário, permanece imantado mesmo quando cessa a causa da imantação).

Faça seu próprio eletroímã! Enrole um fio ao redor de um prego (10, 20, 100 vezes, baseado na fórmula do solenoide quanto mais voltas mais forte será o campo). Conectar cada extremidade do fio a um polo da pilha. Experimente aproximar uma bússola ou um objeto de aço de uma das extremidades do prego e veja o que ocorre. O comportamento do prego deve ser semelhante ao de um ímã em barra.

Resumindo...

Testando... Uma espira quadrada de 50cm de lado foi colocada perpendicularmente às linhas de indução de um campo magnético uniforme. Suponha que este seja um campo magnético variável de forma que, num intervalo de 0,5s, a intensidade B tenha passado de 5T a 1T. Nessa situação, qual seria a força eletromotriz induzida (fem)? Supondo que a intensidade do campo permaneça constante em 2T e a espira desloque-se horizontalmente à velocidade 2m/s, qual será a força eletromotriz induzida (fem)? Calcule a corrente induzida no circuito sabendo que a sua resistência é de 1Ω.

Indução Eletromagnética Foram as experiências de Oersted que permitiram concluir que as correntes elétricas criam campos magnéticos. Colocou-se naturalmente a questão contrária: pode um campo magnético induzir uma corrente elétrica? Em 1831 Faraday descobriu que movimentando o magnete relativamente a um circuito induzia uma corrente elétrica no circuito. O mesmo acontece quando se movimenta o circuito relativamente ao magnete ou se deforma o circuito. Esta corrente é induzida pela variação do fluxo de indução magnética através do circuito. Falamos de um processo de indução eletromagnética.

 = B A cos Indução Eletromagnética Em todos os exemplos seguintes vai haver uma variação com o tempo do fluxo de um campo magnético uniforme através do circuito indução eletromagnética. Aumento da área do circuito deslocando um condutor em contacto com um circuito em U Espira a rodar num campo magnético  = B A cos Deformação de uma espira submetida a um campo magnético provocando variação da superfície

Lei de Faraday - Newman A força eletromotriz induzida (fem) em um circuito fechado é determinada pela taxa de variação do fluxo magnético que atravessa o circuito. ε = -  /t

Lei de Lenz Lei de Lenz: a f.e.m. induzida e a corrente induzida surgem com um sentido que se opõe à variação que as provocou. A corrente induzida vai gerar um fluxo de indução magnética que se vai opor à variação de fluxo de indução magnética que a gerou. Quando a barra se move para a espira, o fluxo magnético através da espira aumenta. A corrente aí induzida cria um campo magnético (a tracejado) cujo fluxo se vai opor ao aumento de fluxo magnético através da espira (provocado pelo movimento da barra).

Transformador • Um transformador é um dispositivo para modificar tensões e correntes alternadas sem perda apreciável de potência. • Um transformador simples é constituído por dois enrolamentos em torno de um núcleo de ferro. O enrolamento que recebe a potência é o primário, o outro o secundário.

Condutor em movimento dentro de um campo magnético Consideremos um condutor metálico, movimentando-se com velocidade V, perpendicularmente às linhas de indução de um campo magnético B. B Vista de Cima V N S B V

Podemos então dizer que existe uma diferença de potencial entre as extremidades do condutor. A essa ddp damos o nome de força eletromotriz induzida (e ou fem). B Vista de Cima e V FM

L = comprimento do condutor dentro do campo magnético (metros); Cálculo da força eletromotriz induzida L = comprimento do condutor dentro do campo magnético (metros); B = intensidade do campo magnético uniforme (tesla); V = velocidade de deslocamento (m/s); V perpendicular a B ; e = força eletromotriz induzida (volts).

Exemplo Um condutor AB de comprimento 30cm move-se em um plano horizontal apoiado em dois trilhos condutores que estabelecem um circuito conforme a figura a seguir. O condutor é arrastado pelos trilhos com velocidade constante igual a 10m/s. A B V R= 2 B= 101T Assim determine: a) o sentido convencional da corrente no condutor AB; b) a fem induzida no condutor; c) a intensidade da corrente que percorre o condutor.

Solução A B V R= 2 B= 101T Sentido real Sentido convencional

Solução A B V R= 2 B= 101T e FM Sentido convencional

Aplicação da indução eletromagnética O gerador de energia elétrica:

Auroras boreal e austral GARRAFA MAGNÈTICA CINTURÃO DE VAN ALLEN CINTURÃO DE VAN ALLEN AURORA BOREAL