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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 a 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) O sinal negativo da fórmula indica que o sentido da fem induzida é em oposição a variação do fluxo magnético. 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. Solução: Podemos substituir os dados diretamente na fórmula da fem induzida:
Assim, surgirá na espira uma fem de 4.10-7 V Lei de Lenz Com a lei de Faraday é possível determinar o valor da fem induzida em um circuito e a partir daí podemos
encontrar a intensidade da corrente induzida. Contudo, verifica-se que a corrente induzida apresenta sentidos
diferentes conforme a variação do fluxo magnético. Em 1834 o físico russo Heinrich Lenz,
baseado nos trabalhos de Faraday, propôs uma regra para a definição do
sentido da corrente induzida. Nesta época já era conhecido o fato que uma corrente elétrica cria
ao seu redor um campo magnético e que esse fenômeno também ocorria com a
corrente induzida. Lenz observou que o
sentido deste campo depende do aumento ou da diminuição do fluxo magnético. A lei de Lenz estabelece que o
sentido do campo magnético produzido pela corrente induzida é contrário a
variação do fluxo magnético. Isto é, se o fluxo magnético aumenta, aparecerá no circuito uma
corrente induzida que criará um campo magnético induzido em sentido
oposto ao do campo magnético que o circuito está imerso. Na imagem abaixo, temos um ímã se aproximando de uma espira. Essa
aproximação produz uma aumento, durante um intervalo de tempo, do fluxo
magnético através da espira. Nesta situação, o campo magnético criado pela corrente induzida surge
para anular esse aumento, portanto, tem o sentido contrário do campo
magnético do ímã.
Por outro lado, se o fluxo magnético diminui, o sentido da corrente
será tal que o campo produzido por ela terá o mesmo sentido do campo
magnético criado pelo ímã. Na figura abaixo, representamos agora o ímã se afastando da espira.
Neste caso, o campo criado pela corrente induzida surge para impedir que
ocorra redução do fluxo, logo tem o mesmo sentido do campo do íma.
Para definir o sentido da corrente induzida aplica-se a regra de
Ampère. Regra de Ampère Esta é uma regra prática para a definição do sentido do campo
magnético produzido por uma corrente. Nesta regra usamos a mão direita, como se estivéssemos envolvendo o
fio. O dedão irá apontar o sentido da corrente e os demais dedos o sentido do
campo magnético.
Sugestão de Vídeo Quer ver a Lei de
Faraday e Lenz na prática? Então, confira
abaixo o vídeo de experimentos realizados pelo Professor Eloir
de Carli.. Exercícios Resolvidos 1) Uerj - 2015 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. a) Newton Resposta 2) Unesp - 2010 Uma das leis do Eletromagnetismo é a Lei de Indução de Faraday que, complementada
com a Lei de Lenz, explica muitos fenômenos
eletromagnéticos. A compreensão dessas leis e como as descrevemos têm
permitido à humanidade criar aparelhos e dispositivos fantásticos, basta
mencionar que elas são princípios fundamentais na geração de eletricidade. A
Figura 1 mostra um desses dispositivos. Um dispositivo de segurança que
permite interromper correntes elétricas em aparelhos de uso doméstico (um
secador de cabelos, por exemplo) caso haja um curto-circuito no aparelho ou
falha de aterramento. No esquema não está indicado o aparelho que será ligado
aos fios 1 e 2. Estes passam pelo interior de um anel de ferro no qual é
enrolada uma bobina sensora que, por sua vez, é
conectada a um bloqueador de corrente. Se um curto-circuito ocorrer no
aparelho e uma das correntes for interrompida, haverá uma corrente induzida
na bobina (Lei de Indução de Faraday) que aciona o bloqueador de corrente.
A Figura 2 representa uma seção do anel de ferro (vista frontal) no
qual é enrolado um fio (bobina). Um fio condutor, reto e comprido, passa pelo
centro da argola e é percorrido por uma corrente I (o símbolo ⊗ designa o sentido da corrente
entrando no fio 2), que aumenta com o tempo.
Qual das alternativas fornece corretamente linhas de campo do campo
magnético B produzido pela corrente I e o sentido da corrente induzida i na
bobina?
b) c) d) e) Resposta Alternativa b:
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