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Espira Retangular Sobre um Campo Magnético

Neste vídeo, o professor Rodrigo Trevisano irá descomplicar uma questão que pede o cálculo do fluxo magnético em uma espira retangular sobre um campo magnético.

Questões sobre Lei de Lenz e Lei de Faraday

Questão Sobre um Ímã que Cai Através de uma Espira

Questão Sobre um Ímã que Oscila Dentro de uma Espira Aberta

A experiência de Oersted

O físico Hans Christian Oersted demonstrou experimentalmente, em 1820, que um fio condutor com corrente elétrica criava um campo magnético a sua volta que provocava o desvio em uma bússola colocada em sua proximidade. Foi um grande passo para mostrar que fenômenos elétricos e magnéticos estavam ligados.

Figura 01 – Experiência de Oersted (chave aberta)

Ao fechar a chave, a bússola muda de posição

Figura 02 – Experiência de Oersted (chave fechada)

A importância dessa experiência é mostrar que cargas elétricas em movimento provocam campo magnético nas proximidades do espaço em volta desse movimento.

Cerca de 12 anos depois o físico Michael Faraday conseguiu provar o caminho inverso, isto é, campos magnéticos variáveis produzem corrente elétrica. Esse princípio é chamado de indução eletromagnética e é o princípio de funcionamento do gerador mecânico de energia elétrica.

Para se conseguir corrente elétrica é preciso variar o campo magnético em uma região delimitada por fios condutores.

Imagine a seguinte situação:

Um copo colocado embaixo de um chuveiro.

Coloca-se o copo primeiro de lado e depois vai virando-se o copo até ficar direito.

 

Figura 03 – Copo embaixo do chuveiro

É fácil perceber que na primeira situação não vai entra água no copo, enquanto que na segunda situação teremos muita água entrando no copo. Podemos dizer que o fluxo de água pela área de entrada do copo é zero na primeira situação e máximo na segunda. Assim, à medida que o copo vai sendo girado o fluxo vai aumentando.

Para o fluxo magnético a analogia é igual. No lugar da água, pense em um campo magnético uniforme de módulo B. No lugar do copo pense em um aro circular de área A.

Figura 04 – Fluxo magnético

Isso quer dizer que se modificando a posição do aro (espira), teremos um fluxo magnético (\PhiΦ) através da área A que será dado por

Φ= B.A.cosθ

Φ = BA na situação de máximo fluxo (cosθ = 1)

É importante perceber que aparecerá uma corrente elétrica induzida na espira devido a essa variação do campo magnético. Há outras formas de produzir essa variação e criar corrente elétrica.

Modificando o campo magnético. Por exemplo aumentando o número de linhas de campo.

Figura 05 – Aumento de fluxo de linhas de campo

Movimentar a espira através do campo.

Figura 06 - Movimentação da espira no campo magnético

Pela variação na área. Por exemplo, modificando a área da espira.

Figura 07 – Modificação na área da espira

Para calcular o módulo da força eletromotriz induzida (\epsilonϵ) por essas variações devemos dividir a variação do fluxo pelo intervalo de tempo dessa variaç

ε = -∆∅ / ∆t
|ε| = ∆∅ / ∆t

Lei de Faraday-Neumann

Obs.: O sinal negativo aparece na fórmula anterior porque a corrente induzida aparece no sentido que produz um fluxo contrário à variação do fluxo indutor. É a chamada Lei de Lenz.

Dica: É importante perceber que: 

• cargas elétricas em movimento produzem campo magnético;

• campos magnéticos variáveis podem produzir corrente elétrica.

Os transformadores de tensão, chamados normalmente de transformadores, são dispositivos capazes de aumentar ou reduzir valores de tensão.

Um transformador é constituído por um núcleo, feito de um material altamente imantável, e duas bobinas com número diferente de espiras isoladas entre si, chamadas primário (bobina que recebe a tensão da rede) e secundário (bobina em que sai a tensão transformada).

O seu funcionamento é baseado na criação de uma corrente induzida no secundário, a partir da variação de fluxo gerada pelo primário.

A tensão de entrada e de saída são proporcionais ao número de espiras em cada bobina. Sendo:

UP / US = NP / NS

Onde:

  • UP é a tensão no primário;
  • US é a tensão no secundário;
  • NP é o número de espiras do primário;
  • NS é o número de espiras do secundário.