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FORÇA ELETROMOTRIZ
INDUZIDA. LEI DE LENZ Se um condutor fosse submetido a um campo magnético
variável (onde todos os pontos apresentam intensidade de campo variável),
entre seus extremos poderia aparecer uma diferença de potencial que, no caso,
é conhecida como FORÇA ELETROMOTRIZ INDUZIDA; o fenômeno em questão é chamado
de INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA. Também poderia ser produzida uma força eletromotriz
induzida num condutor, se ele fosse aproximado ou afastado de um ímã
(introduzido ou retirado do campo magnético do ímã). Teríamos ainda o mesmo efeito, se o
condutor fosse mantido em repouso e o ímã dele se aproximasse ou se
afastasse. As três situações a que nos referimos apresentam uma
coisa em comum: PARA O CONDUTOR, ESTÁ
SEMPRE HAVENDO UMA VARIAÇÃO DE FLUXO. Realmente esta é a condição para que se
produza uma força eletromotriz induzida, isto é, É NECESSÁRIO QUE EXISTA MOVIMENTO
RELATIVO ENTRE O CONDUTOR E O CAMPO MAGNÉTICO. Mas, que acontece no condutor, produzindo a
d. d. p.? Sabemos que elétrons em movimento são minúsculos
ímãs. Num material condutor os elétrons livres existem em grande quantidade e
estão normalmente em movimento desordenado. Quando o condutor é submetido ao
campo magnético, nas condições citadas nos primeiros parágrafos, o campo atua
sobre os elétrons (não esquecer que são ímãs) obrigando-os a se deslocarem
para uma das extremidades do condutor, estabelecendo-se deste modo uma d. d.
p. Lei de Lenz Faraday foi o primeiro homem a produzir uma força
eletromotriz induzida e a determinar seu valor, porém a determinação do seu
sentido é devida a Lenz. Após estudar o fenômeno, Lenz apresentou a conclusão que se segue, conhecida como
LEI DE LENZ: “O SENTIDO DE UMA FORÇA ELETROMOTRIZ INDUZIDA É TAL
QUE ELA SE OPÕE, PELOS SEUS EFEITOS, À CAUSA QUE A PRODUZIU”. Conclui-se que é geralmente necessário conhecer a
direção e o sentido do campo, que, por convenção, correspondem à direção e ao
sentido indicados respectivamente pelo eixo longitudinal e pela extremidade
“NORTE” da agulha imantada de uma bússola colocada no mesmo. Para tornar mais prática a determinação do sentido
de uma força eletromotriz induzida, existem as regras da mão esquerda e da
mão direita, resultantes da observação repetida do fenômeno em estudo.
FIG. XI-I REGRA DA MÃO ESQUERDA A regra da mão direita, também conhecida como REGRA
DE FLEMING, é anterior à da mão esquerda. É, em princípio, ela regra;
distingue-se pelos fatos de que utiliza a mão direita e refere-se ao sentido
convencional. O dedo médio, portanto, aponta a extremidade do condutor onde
há falta de elétrons (terminal positivo).
Cálculo da Força Eletromotriz Induzida O valor médio da força eletromotriz induzida, quando
o condutor é submetido a um campo magnético variável, é proporcional à
rapidez com que o fluxo varia (razão de variação do fluxo magnético); esta é
a LEI DE FARADAY, expressa pela relação
E = força eletromotriz induzida (valor
médio), em VOLTS (V) ∆ф = variação de fluxo magnético, em WEBERS (Wb) ∆t =
tempo decorrido durante a variação de fluxo, em SEGUNDOS (s)
Observação:
O sinal (–) indica que a f.e.m. induzida se opõe,
pelos seus efeitos, à causa que a produziu.
Quando se trata de uma bobina submetida a um campo
magnético variável, a tensão média induzida na mesma é obtida com a
equação
N = número
de espiras da bobina. É importante ressaltar que a f.e.m. induzida depende na realidade da rapidez
com que o fluxo magnético varia (∆ф/∆t) e não propriamente do fluxo, pois um
condutor em repouso submetido a um campo magnético constante não apresenta f.
e. m. induzida. Quando um condutor se movimenta
num campo magnético, ou quando o ímã produtor do campo é aproximado ou
afastado do condutor em repouso (ou ainda quando o ímã e o condutor se movimentam
com velocidades diferentes), a f. e. m. induzida depende diretamente da
grandeza do campo, da velocidade com que o condutor se movimenta em relação
ao campo e do comprimento da parte do condutor submetida ao campo: e = β Ɩ v sen α e = valor
instantâneo da f.e.m. induzida no condutor, em
VOLTS (V). β =
densidade de fluxo magnético, em TESLAS (T).
Ɩ =
comprimento da parte do condutor submetida ao campo magnético, em METROS
(m) v = valor
da velocidade constante com que o condutor atravessa o campo magnético, em
METROS POR SEGUNDO (m/s) sen α =
seno do ângulo formado pela direção do movimento do condutor com a direção do
campo magnético. NOTA: “v sen α”
é, portanto, a componente da velocidade do condutor perpendicular à direção
do campo. A equação acima mostra que a força eletromotriz
induzida é máxima quando o condutor “corta” o campo perpendicularmente (sen α = 1). Conclui-se também que não há tensão
induzida quando o condutor se movimenta paralelamente à direção do campo (sen α = 0). Quando o campo é produzido pela passagem da corrente
elétrica num condutor ou numa bobina, ele é variado quando a intensidade da corrente
é variada. Assim, a f. e. m. induzida produzida pela ação desse campo é,
evidentemente, proporcional à razão de variação da corrente elétrica. EXEMPLO: Uma
corrente de 8 A, em uma bobina de 3.000 espiras, produz um fluxo de 0,004 Wb. Reduzindo essa corrente para 2A, em 0,1 segundo,
calcular a força eletromotriz média induzida na bobina, considerando o fluxo
proporcional à
corrente. Calcular também a relutância da bobina. SOLUÇÃO: ∆
Ι = 6 A (8 A → 2 A) Se “I” diminui 4 vezes, “ф” também diminui 4
vezes. ∆ ф = 0,003 Wb (0,004 Wb → 0,001 Wb) ∆t = 0,1s
PROBLEMAS FORÇA ELETROMOTRIZ INDUZIDA 1 – Uma bobina de 1.200 espiras está submetida a um
fluxo magnético de 400 micro webers. Calcular o valor médio da força
eletromotriz induzida na bobina, quando o sentido do campo é invertido em 0,1
segundo. R.: 9,6 V 2 – Calcular a força eletromotriz induzida no eixo
de um carro que se move com uma velocidade de 17,9 m/s, sabendo que o
comprimento do eixo é de 1,524 metros e que a componente vertical do campo
magnético da Terra é de 40 micro teslas.
R.: 1.090 microvolts |
