Lei de Biot-Savart
Quando um condutor elétrico é atravessado por uma corrente elétrica, aparecerá espontaneamente um campo magnético em sua volta. Uma característica deste campo magnético é ser constituído por linhas de força que são circulares de forma que podemos colocar bússolas em diferentes pontos da extremidade do campo e o Norte de cada uma delas estará voltado sempre para a direção tangencial das linhas do campo. Este efeito foi descoberto por Hans Christian Oersted, que percebeu através de experiências que uma agulha magnética posicionada paralelamente a um condutor elétrico sofreria deflexão significativa em relação a sua posição original. Podemos saber a direção e o sentido do campo magnético gerado através da Regra da Mão Direita e o seu valor em diferentes pontos através da Lei de Biot-Savart.
Para aplicarmos a Regra da Mão Direita devemos apontar o dedo polegar na direção do condutor, para onde a corrente elétrica estiver correndo, e em seguida fechamos a nossa mão. A direção e também o sentido em que os dedos se fecharem apontam também a direção e o sentido do campo magnético. Na figura ao lado temos representado uma barra condutora de eletricidade azul, onde a corrente i vai da esquerda para a direita. Apontando o dedo polegar direito no sentindo em que flui a corrente, podemos fechar a nossa mão obtendo assim a direção e o sentido do campo magnético.
Hans Christian Oersted publicou os seus resultados mas limitou-se a uma análise qualitativa do fenômeno. Após a publicação, outros cientistas foram incentivados a pesquisar sobre o assunto e então dois físicos franceses Jean-Baptiste Biot e Félix Savart foram capazes de deduzir uma lei que descrevia matematicamente o campo magnético que era gerado, lei essa que passou por vários estudos e modificações e quando foi finalizada, passou a ser conhecida porLei de Biot-Savart.
Onde R é a distância do centro do condutor até a linha de campo onde se deseja achar o valor do campo magnético, μ é a permeabilidade magnética do meio em que o condutor está imerso e I é o valor da corrente elétrica que passa pelo condutor. Podemos dizer que a intensidade do campo magnético é diretamente proporcional à corrente elétrica que passa pelo condutor e inversamente proporcional à distância entre o ponto de referência e o centro do fio.
Lei de Lenz
Quando um ímã é movimentado nas proximidades de uma espira condutora fechada, conforme mostra a figura abaixo, surge uma força eletromotriz induzida nesta espira, e uma corrente elétrica pode ser detectada neste circuito.
A lei de Faraday expressa apenas a intensidade da força eletromotriz induzida. Sendo assim, em 1834, o físico russo Heinrich E. Lenz (1804-1865) define que a força eletromotriz é igual ao negativo da variação do fluxo magnético no interior da espira, assumindo a forma:
Assim, a Lei de Lenz evidencia o aparecimento de uma reação contrária a ação provocada pelo ímã. Ou seja, se o norte do ímã se aproxima da espira, o sentido da força eletromotriz é anti-horário. Isto porque, conforme convencionado, o norte é o sentido positivo da indução magnética. Por sua vez, o sentido do movimento das cargas positivas coincide com o sentido da força eletromotriz induzida, conforme mostra a figura abaixo.
Tais afirmações nos conduzem a conclusão de que não é possível produzir energia elétrica sem que seja realizado um trabalho. Isto é bastante evidente, pois para mudar o movimento de uma carga elétrica situada em um condutor, cada uma delas tem de receber um impulso, proveniente de uma força aplicada.
Desta forma, mais uma vez fica evidente que grandezas como quantidade de movimento e energia se conservam em todos os processos ocorridos em sistemas isolados na natureza. Apoiado nestas informações muitos cientistas buscaram soluções visando uma otimização no aproveitamento das formas de energia, especialmente buscando minimizar as perdas. Desta forma, desenvolveram-se cada vez mais os métodos de produção de energia, e ainda criaram-se outros mais eficientes.
Lei de Faraday
Michael Faraday (1791-1867) nasceu em Londres, na Inglaterra em 22/09/1791. Terceiro filho de um ferreiro de Newington, subúrbio de Londres, foi obrigado a abandonar os estudos para se dedicar ao trabalho aos treze anos. Trabalhou para o livreiro G. Ribeau. Neste intervalo de tempo, aproveitou o contato com os livros para estudar. Em algumas experiências, Faraday percebeu que ao introduzir um ímã em uma bobina esta acusava a presença de uma corrente elétrica na mesma. Este fenômeno foi caracterizado qualitativamente e quantitativamente e deu origem à Lei da Indução de Faraday que é expressa matematicamente como:
Ou seja, a intensidade da força eletromotriz induzida (ε) é igual a variação do fluxo magnético no interior da espira. Esta é uma das quatro equações de Maxwell para o Eletromagnetismo.
Mas a unidade de indutância no SI é o henry (abreviação H) em homenagem ao americano Joseph Henry embora tenha publicado seus resultados para a indutância um pouco mais tarde que Faraday.
Faraday introduziu o conceito de campo de força ou simplesmente campo. Mesmo sem ter recebido instrução escolar completa, Faraday recebeu o Diploma Honorário da Universidade de Oxford em 1832. Ainda recebeu logo em seguida a medalha de Copley da Royal Instituição.
Em 1837 o físico percebeu que quando um capacitor recebe menos carga quando há vácuo entre as armaduras do que quando há um dielétrico entre elas. Então a unidade de capacitância foi chamada de farad (abreviação F) em homenagem a ele. 21 anos depois, começou a sofrer com uma doença que causava perda temporária de memória e acabou se afastando da vida pública.
A partir de 1862, passou a maior parte de seu tempo em casa, onde veio a falecer em 25/08/1867.
Einstein e Maxwell se apoiaram em seu trabalho para desenvolver o estudo do Eletromagnetismo e da Física Moderna.
A experiência de Faraday
Para a bobina faz-se um enrolamento de fios de cobre esmaltados ou fios de fiação elétrica residencial.
O ímã pode ser retirado de um autofalante sucateado, de potência média ou alta, como os de toca CD’s.
Usa-se um multímetro que será ajustado na função microampère, dependendo da quantidade de espiras da bobina e do potencial do ímã.
Conecta-se os terminais do multímetro nas duas extremidades do enrolamento de fios de cobre.
Aproxima-se o ímã da bobina, conforme mostra a figura a seguir:
Observa-se o comportamento do ponteiro do multímetro.
A experiência de Faraday é de extrema importância para o estudo do Eletromagnetismo, pois baseado na análise da interação entre campo elétrico e magnético podem ser
