Indução eletromagnética

Física

PUBLICIDADE

Indução eletromagnética é o fenômeno responsável pelo surgimento de correntes elétricas em materiais condutores imersos em campos magnéticos, quando sujeitos a mudanças no fluxo de campo magnético que os atravessa.

Veja também: Você entende o que é magnetismo? Acesse e descubra

Indução eletromagnética

Por volta de 1820, Hans Christian Oersted descobriu que existe uma relação entre os fenômenos elétricos e magnéticos. Acidentalmente, Oersted observou que a passagem de corrente elétrica em um fio condutor podia alterar a direção de alinhamento de algumas bússolas que haviam sido deixadas nas proximidades do fio.

O experimento de Oersted permitiu-nos compreender que a eletricidade e o magnetismo, até então “independentes” um do outro, são fenômenos da mesma natureza, foi a partir dessa descoberta que se iniciaram os estudos sobre o eletromagnetismo.

O experimento de Faraday mostrou que um campo magnético oscilante pode produzir corrente elétrica.
O experimento de Faraday mostrou que um campo magnético oscilante pode produzir corrente elétrica.

De acordo com os avanços dos estudos seguidos da descoberta de Oersted, entendeu-se que as correntes elétricas eram capazes de gerar campos magnéticos, a recíproca, por sua vez, só foi observada em 1831, quando Michael Faraday descobriu que uma corrente elétrica era capaz de produzir um campo magnético. Para tanto, Faraday realizou diversos experimentos, seu aparato experimental consistia em um anel de ferro envolvido em dois enrolamentos (bobinas) de fios de cobre, conectados a uma bateria e a um galvanômetro (dispositivo usado para medir corrente).

Faraday percebeu que, quando a bateria era ligada ou desligada, formava-se uma corrente no galvanômetro, no entanto, essa corrente cessava e só voltava a surgir quando a bateria era conectada ou desconectada. Faraday realizou diferentes experimentos, em um deles descobriu que, quando se move um ímã em direção a uma bobina condutora (também conhecida como solenoide), uma corrente elétrica percorre-a. Ele havia descoberto o princípio da indução eletromagnética.

O surgimento ou a interrupção da corrente elétrica fazia o ponteiro do galvanômetro mover-se.
O surgimento ou a interrupção da corrente elétrica fazia o ponteiro do galvanômetro mover-se.

Michael Faraday havia descoberto que a movimentação relativa entre um ímã e uma bobina era capaz de produzir uma corrente elétrica, atualmente esse fenômeno é utilizado no mundo todo, para a produção de energia elétrica em usinas hidrelétricas, termoelétricas, nucleares, eólicas etc.

Não pare agora... Tem mais depois da publicidade ;)

Indução eletromagnética e lei de Faraday

De acordo com a lei de Faraday, quando há variação de fluxo de campo magnético em algum circuito condutor, como em uma bobina, uma força eletromotriz induzida (tensão elétrica) surge nesse condutor.

Fluxo magnético, por sua vez, diz respeito à quantidade de linhas de campo magnético que atravessam uma área. Essa grandeza física, medida em Wb (Weber ou T/m²), relaciona a intensidade do campo magnético com a área e o ângulo entre as linhas de campo magnético e a reta normal da área.

Φ – fluxo magnético (Wb ou T/m²)

B – campo magnético (T – Tesla)

A – área (m²)

θ – ângulo entre B e a normal da área A

Apesar de a indução eletromagnética ter sido uma descoberta de Faraday, ele não a deduziu matematicamente, nem pôde explicar a forma como a força eletromotriz surgia no circuito, essas implementações surgiram depois, pelas mãos de Heinrich Lenz e Franz Ernst Neumann, moldando a lei de Faraday na forma como a conhecemos atualmente.

Veja também: Tudo o que você precisa saber para mandar bem em eletrostática

A contribuição de Neumann diz respeito ao equacionamento da lei de Faraday, ele a descreveu como uma variação temporal do fluxo de campo magnético, confira:

ε – força eletromotriz induzida (V – Volts)

ΔΦ – variação de fluxo magnético (Wb)

Δt – intervalo de tempo

A contribuição de Lenz, por sua vez, foi relacionada ao princípio da conservação da energia. Lenz explicou qual devia ser a direção da corrente elétrica induzida pela variação de fluxo magnético. De acordo com ele, a corrente elétrica que é induzida sempre surge de modo a opor-se à variação de fluxo magnético externo. A constatação de Lenz fez com que adicionássemos o sinal negativo à lei de Faraday:

A figura seguinte mostra como ocorre o surgimento da força eletromotriz induzida de acordo com a lei de Faraday-Lenz, observe que as linhas do campo magnético induzido surgem de modo a compensar a variação de fluxo de campo magnético que aumenta em direção ao interior do solenoide:

Ao aproximarmos o norte magnético da bobina, ela produz um norte magnético que se opõe.
Ao aproximarmos o norte magnético da bobina, ela produz um norte magnético que se opõe.
O afastamento do norte magnético faz com que a bobina produza um sul magnético.
O afastamento do norte magnético faz com que a bobina produza um sul magnético.

Fórmulas de indução eletromagnética

As principais fórmulas de indução eletromagnética são a fórmula do fluxo de campo magnético e a lei de Faraday-Lenz, confira:

Aplicações da indução eletromagnética

Vamos conhecer algumas aplicações diretas da indução eletromagnética, entre elas podemos citar os geradores de corrente alternada, os transformadores e os motores elétricos.

Geradores de corrente alternada

Todos os geradores de corrente elétrica alternada operam de acordo com a indução eletromagnética de Faraday. Esses geradores estão presentes em diversos tipos de usinas elétricas, e o fator comum a todas elas é que a energia elétrica é obtida a partir da conversão da energia mecânica.

Nas usinas hidrelétricas, por exemplo, a queda d'água transforma a energia potencial gravitacional de uma grande massa de água em energia cinética, essa energia produz o movimento de rotação das pás do gerador, ligadas a poderosos ímãs e grandes bobinas condutoras. Caso tenha mais interesse no tema, acesse nosso texto: Geradores.

Transformadores

Os transformadores são dispositivos que fazem uso direto do fenômeno da indução eletromagnética. Esses aparelhos só funcionam com correntes elétricas alternadas e são constituídos de uma barra de ferro, geralmente em formato de U, envolta em duas bobinas, com diferentes números de espiras. Quando a corrente elétrica passa pelo primeiro enrolamento, um campo magnético é produzido pela bobina, sendo então concentrado e transmitido através da barra de fero. A segunda bobina, exposta ao campo magnético oscilante, gera um campo magnético induzido, contrário àquele que é transmitido pela barra de ferro.

A diferença entre o número de espiras em cada um dos lados da barra de ferro faz com que a intensidade da corrente elétrica induzida seja diferente nas duas bobinas, no entanto, a potência elétrica em cada uma delas é a mesma, desse modo, aumentando-se a corrente elétrica, surge uma queda de potencial e vice-versa.

É assim que os transformadores operam: eles podem abaixar ou diminuir a intensidade da corrente elétrica de acordo com a proporção entre o número de enrolamentos em cada uma de suas bobinas. A fórmula utilizada para os transformadores é mostrada a seguir, confira:

VP e VS – tensões primária e secundária

NP e NS – número de enrolamentos da bobina primária e secundária

Tem curiosidade sobre esse tema? Leia nosso texto: O que é um transformador?

Motores elétricos

Os motores elétricos operam como geradores elétricos invertidos, ou seja, em vez de converterem energia mecânica em eletricidade, produzem energia mecânica a partir de energia elétrica. Nesse caso, em vez de usarmos a rotação de um eixo para gerar eletricidade, fazemos com que uma corrente elétrica passe através de um eixo enrolado por diversas bobinas, fazendo-o girar.

Veja também: Confira o nosso resumo sobre circuitos e ligações elétricos e saia-se bem no Enem

 

Por Me. Rafael Helerbrock

Gostaria de fazer a referência deste texto em um trabalho escolar ou acadêmico? Veja:

HELERBROCK, Rafael. "Indução eletromagnética"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/a-inducao-eletromagnetica.htm. Acesso em 31 de outubro de 2020.

Lista de Exercícios
Questão 1

Suponha que uma espira retangular de área igual a 2,4 x 10-1 m2 imersa em uma região onde existe um campo de indução magnética B, cuja intensidade é igual a 3 x 10-2 T, perpendicular ao plano da espira. De acordo com as informações, determine o fluxo magnético através da espira.

a) Ф= 7,2 x 10-3 Wb
b) Ф = 2,7 x 10-3 Wb
c) Ф = 2,4 x 10-3 Wb
d) Ф = 2,7 x 10-5 Wb
e) Ф = 7,2 x 10-5 Wb

Questão 2

Determine o valor da tensão elétrica induzida entre as extremidades de um fio condutor de 60 cm de comprimento que se move com velocidade constante de 40 m/s perpendicularmente às linhas de indução magnética de um campo de 12 T.

a) ε= 288 V
b) ε = 2,88 V
c) ε = 28,8 V
d) ε = 8,28 V
e) ε = 88,2 V

Mais Questões