3ºD - semana de 22/06 A 26/06 - Física

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Identificar a relação entre a corrente elétrica e o campo magnético correspondente em termos de intensidade, direção e sentido;

As leis de Oersted e da indução de Faraday

Qual é a relação entre Eletricidade e Magnetismo?

Essa relação foi descoberta pelo dinamarquês Hans Christian Oesterd em 1820, o que só foi possível graças à invenção dos geradores elétricos, que permitiam a geração de correntes elétricas duradouras e estáveis necessárias para o estudo dos fenômenos.

Oersted demonstrou a existência dessa interação a partir de um simples experimento. Ele colocou uma agulha magnética próxima a um condutor de eletricidade. Para isso, ele utilizou uma bússola e um fio de platina em um circuito. O fio de platina, ao ser percorrido pela corrente elétrica, ficava incandescente, o que garantia uma corrente suficientemente intensa. Quando o fio era aproximado da bússola, sua agulha magnética sofria deflexão.

Experimento de Oesterd

 O experimento de Oersted mostrava que a corrente elétrica gerava campo magnético. Porém, em 1831, Michael Faraday, na Inglaterra, utilizou um núcleo de ferro e duas bobinas A e B para mostrar que a variação do fluxo magnético também gerava corrente elétrica. Faraday percebeu que, nos momentos em que conectava ou desconectava a bobina A na fonte, passava uma corrente elétrica na bobina B, mas essa corrente aparecia somente nesses instantes.

A partir dessa experiência, ele concluiu que essa corrente elétrica ocorria em virtude da variação do campo magnético, que aparecia quando a bobina A era ligada e desaparecia quando essa mesma bobina era desligada. Esse fenômeno ficou conhecido como indução magnética ou Lei de Faraday.

Lei de Faraday

A Lei de Faraday ou Lei de Indução Eletromagnética, enuncia que quando houver variação do fluxo magnético através de um circuito, surgirá nele uma força eletromotriz induzida.

Essa lei foi estabelecida por Michael Faraday, em 1831, a partir da descoberta do fenômeno da indução eletromagnética. Para sua concepção Faraday realizou inúmeros experimentos.

Sendo uma lei fundamental do eletromagnetismo, foi o ponto de partida para o construção dos dínamos e sua aplicação na produção de energia elétrica em larga escala.

Nas usinas de geração de energia elétrica, a energia mecânica produz a variação do fluxo magnético. A partir dessa variação, surge no gerador uma corrente induzida.

Abaixo, vemos o esquema de uma usina hidrelétrica. Este tipo de usina utiliza o movimento da água (energia mecânica) para gerar a variação do fluxo magnético.

Esquema de uma usina hidrelétrica

Fórmula

A fórmula matemática que representa a lei de Faraday, como é utilizada atualmente, foi concebida pelo físico Alemão Franz Ernst Neumann, é indicada como:

Sendo,

• ε: força eletromotriz induzida (fem) (V)
• ΔΦ: variação do fluxo magnético (Wb) - O weber (símbolo Wb) é a unidade do SI para o fluxo magnético. A unidade leva esse nome em homenagem a Wilhelm Eduard Weber, físico alemão do século XIX
• Δt: intervalo de tempo (s)

O sinal negativo da fórmula indica que o sentido da fem induzida é em oposição a variação do fluxo magnético.

Uma espira é um fio condutor dobrado em forma de círculo, como mostra a figura abaixo:

Espira de cobre. A corrente elétrica que passa pelo fio gera um campo magnético em seu entorno. Ilustração: Fouad A. Saad / Shutterstock.com [adaptado]

Quando percorrido por uma corrente elétrica, um fio retilíneo e longo cria ao seu redor um campo magnético. Pegando esse mesmo fio retilíneo e dobrando-o em forma de uma espira de raio R, veremos que as linhas do campo magnético irão acompanhar o formato da espira.

A Lei de Faraday faz parte de nosso dia a dia, ainda que não percebamos isso no cotidiano.

Bons exemplos do uso desses conceitos estão na aplicação de geradores e transformadores de energia. Esses, inclusive, são alguns dos exemplos que mais comumente caem em questões de vestibular.

No entanto, praticamente todos os aparelhos eletrônicos que utilizamos têm, em algum ponto de seu funcionamento, um pouco de indução eletromagnética, especialmente por conta da força eletromotriz gerada a partir desse trabalho.

Exemplo

Uma espira está imersa em um campo magnético e a intensidade do fluxo magnético que a atravessa é igual a 2. 10-6 Wb. Em um intervalo de 5s a intensidade do campo magnético é reduzida a zero. Determine o valor da fem induzida na espira nesse intervalo de tempo.

Podemos substituir os dados diretamente na fórmula da fem induzida:

fem = força eletromotriz

Exercícios . Resolva os exercícios e envie, até 04/07, para o email professora.abud@gmail.com
 1. (UCS) Um dos fornos mais utilizados em indústrias é o chamado forno de indução. Seu princípio de funcionamento está baseado na Lei de Faraday, ou seja:

a)   temperatura homogênea no espaço vazio gera corrente elétrica.

b)   fluxo magnético variando no tempo gera força eletromotriz induzida.

c)   luz que varia de intensidade no espaço vazio gera condução térmica constante.

d)   corrente elétrica constante num condutor gera ponto de fusão variante no tempo.

e)   pressão que varia sobre uma área gera convecção constante.

2. (FAAP) Num condutor fechado, colocado num campo magnético, a superfície determinada pelo condutor é atravessada por um fluxo magnético. Se por um motivo qualquer o fluxo variar, ocorrerá:

a)   curto circuito.

b)   interrupção da corrente.

c)   o surgimento de corrente elétrica no condutor.

d)   a magnetização permanente do condutor.

e)   a extinção do campo magnético.

3. (UERJ) O princípio físico do funcionamento de alternadores e transformadores, comprovável de modo experimental, refere-se à produção de corrente elétrica por meio da variação de um campo magnético aplicado a um circuito elétrico.

Esse princípio se fundamenta na denominada Lei de:

a)   Newton.

b)   .Faraday

c)   .Ampère

d)   Coulomb.

4. (UEMT) A respeito do fluxo de indução, concatenado com um condutor elétrico, podemos afirmar que a força eletromotriz induzida:

a)   será nula quando o fluxo for constante.

b)   será nula quando a variação do fluxo em função de tempo for linear.

c)   produz uma corrente que reforça a variação do fluxo.

d)   produz uma corrente permanente que se opõe à variação do fluxo, mesmo quando o circuito estiver aberto.

e)   produzirá corrente elétrica somente quando o circuito estiver em movimento.