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.