FARADAY E A INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA
CONTEÚDOS
• Indução eletromagnética • Lei de Faraday
AMPLIANDO SEUS CONHECIMENTOS
Nos capítulos anteriores deste material impresso, estudamos o comportamento de uma bússola quando colocada próxima a um ímã ou próxima a um fio no qual flui uma corrente elétrica.
Vimos que um ímã produz seu próprio campo magnético (figura 1) e na presença de outros ímãs responde aos campos magnéticos destes.
A força de atração entre um imã e um pedaço de ferro ou as forças de atração ou de repulsão entre dois imãs, não são de origem elétrica. Eles não estão eletrizados. Trata-se de forças magnéticas e que obedecem à 3ª lei de Newton: Trata-se um primeiro ímã atrai um segundo imã, este segundo ímã também atrai o primeiro ímã. As forças, nessa situação possuirão a mesma intensidade, a mesma direção e sentidos opostos.
Figura 1 – Configuração do campo magnético de um ímã formado com limalha de ferro Fonte: Sciencepics/Shutterstock.com
Vimos também que um fio condutor, ao ser percorrido por uma corrente elétrica cria em torno de si um campo magnético. Em seus experimentos, Oersted percebeu que um fio percorrido por uma corrente elétrica gerava a sua volta um campo magnético.
Sabe-se atualmente, que o fluxo de elétrons em um condutor gera um campo magnético em torno deste condutor. A limalha de ferro é um recurso importante para que se possa visualizar as linhas de campo que são um artifício para o estudo do campo magnético. Se espalharmos limalha de ferro ao redor do fio condutor, observa-se seu alinhamento com as linhas de campo conforme mostrado na figura 2.
Sabemos então que:
Um fio condutor percorrido por uma correntre elétrica, produz um campo magnético ao seu redor.
Mas será que o processo inverso pode ocorrer? Será que o campo magnético pode gerar uma corrente elétrica em um fio?
Fio percorrido por
uma corrente elétrica CAMPO MAGNÉTICO!
Fio percorrido por
uma corrente elétrica? CAMPO MAGNÉTICO?
Figura 2 – Configuração do campo magnético em torno de um fio condutor usando-se limalha de ferro
O físico Michael Faraday fez uma série de experimentos envolvendo esse fenômeno e estudou a produção de uma corrente elétrica, a partir de um campo magnético.
A descoberta de que um campo magnético em movimento pode gerar uma corrente elétrica impactará em uma grande variedade de novas tecnologias que tornaram, a partir do século XX, a vida mais confortável para o homem moderno. Este é basicamente o fenômeno da indução
eletromagnética.
É importante destacar que o princípio básico do funcionameno dos grandes geradores utilizados nas usinas de eletricidade, tem por trás justamente esse fenômeno estudado por alguns cientistas no século XIX e dentre eles, Michael Faraday.
Conforme mostra a figura 4, aproxima-se e afasta-se um ímã de uma bobina que está ligada a um aparelho medidor de corrente.
Com essa ação, o que se percebe é que o ponteiro do
medidor vai se mover
indicando o aparecimento de uma corrente elétrica na bobina, devido ao movimento do íma. Essa corrente eletrica é denominada
corrente elétrica induzida. Figura 3 – Michael Faraday
Fonte: Everett Historical/Shutterstock.com
Figura 4 – Ímã em movimento próximo a uma bobina Fonte: Saad/Shutterstock.com
Aproximamando-se o imã da bobina, observa-se que o ponteiro do medidor da corrente elétrica se movimenta.
Este movimento é no sentido oposto ao movimento do ímã, conforme indicado na figura 5 (para a esquerda).
Afastando-se o imã da bobina, observa-se que o ponteiro do medidor da corrente elétrica se movimenta. Novamente seu movimento é no sentido oposto ao movimento do ímã, conforme indicado na
figura 6 (para a direita).
Então, realizando simultaneamente os dois movimentos (aproximar e afastar o ímã) teremos um movimento de vai e vem. O que se observa é o ponteiro do medidor da corrente elétrica oscilar de um lado
para o outro, conforme indicado na
figura 7.
Figura 6 – Ímã se afastando de uma bobina Fonte: Saad/Shutterstock.com
Corrente
AFASTANDO
APROXIMANDO
Corrente
Figura 5 – Ímã se aproximando de uma bobina Fonte: Saad/Shutterstock.com
Figura 7 – Indução eletromagnética Fonte: Saad/Shutterstock.com
Corrente Corrente
Gerador de energia elétrica, cartões magnéticos, detectores de metais e microfones são alguns exemplos de equipamentos que fazem uso da indução eletromagnética para seu funcionamento.
No vídeo “Transformador: derretendo um prego” disponível no link
http://eaulas.usp.br/portal/video.action?idItem=6069 observe a utilização de duas
bobinas (uma com 6 espiras e outra com 300 espiras), núcleos de ferro e uma base de madeira para a construção de um transformador, que a partir da indução eletromagnética derrete um prego.
Para pesquisar
Amplie seus conhecimentos estudando a indução eletromagnética, e sua relação com a lei de Faraday e a lei de Lenz. O estrudo desses fenômenos físicos, possibilitará entender as transformações de energias envolvidas no processo de produção da energia elétrica.
Comece a se questionar sobre a relação entre ondas e eletromagnetismo. Este questionamento pode tornar possível um trabalho de pesquisa sobre a produção do som, numa estação de rádio, seu envio e chegada ao aparelho de rádio, seja no carro ou na residência.
Figura 8 – Experimento envolvendo a indução eletromagnética Fonte: E-aulas USP
ATIVIDADES
1. Sobre a indução eletromagnética é incorreto afirmar:
a) A indução eletromagnética é o fenômeno no qual um campo magnético variável produz em um circuito elétrico, uma corrente elétrica chamada de corrente elétrica induzida.
b) A indução eletromagnética consiste no surgimento de uma corrente elétrica em virtude da variação do fluxo magnético, nas proximidades de um condutor
c) Podemos citar os geradores de energia elétrica, os detectores de metais e os microfones, como equipamentos que fazem uso da indução eletromagnética.
d) A indução eletromagnética só ocorre nas situações em que um ímã é fixado, proximo a uma bobina, sem qualquer tipo de movimento.
e) A descoberta de que um campo magnético em movimento pode gerar uma corrente elétrica, levou pesquisadores a estudarem o fenômeno da indução eletromagnética.
2. (UNIFESP-SP) A foto mostra uma lanterna sem pilhas, recentemente lançada no mercado. Ela funciona transformando em energia elétrica a energia cinética que lhe é fornecida pelo usuário - para isso ele deve agitá-la fortemente na direção do seu comprimento. Como o interior dessa lanterna é visível, pode-se ver como funciona: ao agitá-la, o usuário faz um ímã cilíndrico atravessar uma bobina para frente e para trás. O movimento do ímã através da bobina faz aparecer nela uma corrente induzida que percorre e acende a lâmpada.
O princípio físico em que se baseia essa lanterna e a corrente induzida na bobina são, respectivamente:
a) indução eletromagnética; corrente alternada. b) indução eletromagnética; corrente contínua. c) lei de Coulomb; corrente contínua.
d) lei de Coulomb; corrente alternada.
3. (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) extinção do campo magnético
4. (FUVEST – 2012) Aproxima-se um ímã de um anel metálico fixo em um suporte isolante, como mostra a figura. O movimento do ímã, em direção ao anel:
a) não causa efeitos no anel.
b) produz corrente alternada no anel.
c) faz com que o polo sul do ímã vire polo norte e vice-versa.
d) produz corrente elétrica no anel, causando uma força de atração entre anel e ímã. e) produz corrente elétrica no anel, causando uma força de repulsão entre anel e ímã.
5. (FATEC – SP) Em qualquer tempo da história da Física, cientistas buscaram unificar algumas teorias e áreas de atuação. Hans Christian Oersted, físico dinamarquês, conseguiu prever a existência de ligação entre duas áreas da física, ao formular a tese de que quando duas cargas elétricas estão em movimento, manifesta-se entre elas, além da força eletrostática, uma outra força, denominada força magnética.
Este feito levou a física a uma nova área de conhecimento denominada
a) eletricidade. b) magnetostática. c) eletroeletrônica. d) eletromagnetismo. e) indução eletromagnética.
Anel metálico
Suporte isolante
Ímã
6. (FUVEST – S P) Um imã preso a um carrinho desloca-se com velocidade constante ao longo de um trilho horizontal. Envolvendo o trilho há uma espira metálica, como mostra a figura.
Pode-se afirmar que, na espira, a corrente elétrica
a) é sempre nula;
b) existe somente quando o imã se aproxima da esfera; c) existe somente quando o imã está dentro da espira;
d) existe somente quando imã se afasta da espira; e) existe quando o imã se aproxima ou se afasta da espira.
LEITURA COMPLEMENTAR
Os gregos antigos descobriram que, quando se esfregava um pedaço de âmbar (um mineral natural parecido com plástico), ele tornava-se capaz de atrair pequenos pedaços de papiro. Eles também descobriram rochas estranhas na ilha de Magnésia, capazes de atrair ferro. Provavelmente porque o ar da Grécia era relativamente úmido, eles jamais chegaram a observar os efeitos comuns provocados por cargas elétricas em climas secos. O próximo desenvolvimento de nossos conhecimentos sobre os fenômenos elétricos e magnéticos só ocorreu cerca de 400 anos mais tarde. O mundo humano encolhia, à medida que se aprendia sobre a eletricidade e o magnetismo. Primeiro tornou-se possível enviar sinais telegráficos por longas distâncias, depois falar com outra pessoa situada a muitos quilômetros de distância sem a necessidade de fios transmissores e, finalmente, tornou-se possível não apenas falar, mas também enviar imagens a distâncias de muitos quilômetros, sem haver conexões físicas ligando as localidades envolvidas na transmissão.
A energia, tão vital à civilização, poderia ser transmitida por centenas de quilômetros. A energia de rios situadas em regiões elevadas foi desviada para tubulações que alimentavam “rodas d’água” gigantescas, conectadas a conjuntos de fios de cobre torcidos e entrelaçados que giravam em torno de monstruosos pedaços de ferro girantes, chamados geradores. Fora destes, a energia podia ser transmitida por fios de cobre, tão
grossos quanto o punho de seu braço, até enormes bobinas enroladas em volta de núcleos de transformadores, capazes de elevar sua voltagem até valores muito altos, para tornar mais eficiente a transmissão de longa distância até as cidades. Depois, as linhas de transmissão se dividiam em vários ramos – onde existiam mais transformadores – as quais novamente se dividiam e se espalhavam, até que finalmente esse “rio” de energia fosse espalhado por cidades inteiras – fazendo funcionar motores, aquecimento, iluminação e outros aparelhos. Houve o milagre da iluminação por lâmpadas alimentadas com energia obtida de águas frias, a centenas de quilômetros de distância – um milagre que se tornou possível, realizado por meio de pedaços de cobre e ferro, especialmente projetados para girar, porque as pessoas tinham descoberto as leis do eletromagnetismo. Essas leis foram descobertas aproximadamente na mesma época em que a guerra civil norte-americana estava sendo travada. A partir de uma visão de longo alcance da história humana, há pouca dúvida de que eventos tais como a guerra civil norte-americana caem numa pálida insignificância quando comparados com o evento mais significativo do século dezenove: a descoberta das leis do eletromagnetismo.
HEWITT, P. Física Conceitual. Porto Alegre: Bookman, 2011.
INDICAÇÕES
Acesse o link: https://www.youtube.com/watch?v=b-PpUjLZvlY e assista a uma animação sobre a indução eletromagnética.
Para aprofundar seus estudos sobre o eletromagnetismo e a indução eletromagnética leia a apostila que está disponível no link:
http://intranet.ctism.ufsm.br/gsec/Apostilas/Eletromagnetismo.pdf
REFERÊNCIAS
ALVARENGA, B. Curso de Física. São Paulo: Scipione, 2010. v. 3.
E-AULAS USP. Experimento envolvendo a indução eletromagnética. Disponível em: <http://eaulas.usp.br/portal/video.action?idItem=6069>. Acesso em: 26 ago. 2016. 16h23min.
EVERETT HISTORICAL/SHUTTERSTOCK.COM. Michael Faraday. Disponível em: <https://www.shutterstock.com/pic-252141463.html>. Acesso em: 18 ago. 2016. 16h10min.
GASPAR, A. Física – volume 3. São Paulo: Ática, 2000. HEWITT, P. Física conceitual. Porto Alegre: Bookman, 2012.
PIETROCOLA, M. Física em contextos: pessoal, social e histórico: volume 3. São Paulo: FTD, 2011.
SAAD/SHUTTERSTOCK.COM. Ímã em movimento próximo a uma bobina. Disponível em: <https://www.shutterstock.com/pic-220981027.html>. Acesso em: 18 ago. 2016. 16h19min.
____________. Indução eletromagnética. Disponível em:
<https://www.shutterstock.com/pic-292873904.html>. Acesso em: 18 ago. 2016. 10h25min.
____________. Ímã se aproximando de uma bobina. Disponível em: <http://www.shutterstock.com/pic-221191111/stock-vector-electromagnetic-induction.html?src=hfrJUu7H-XLoCIK0uAeCTg-1-3>. Acesso em: 18 ago. 2016. 10h55min.
____________. Ímã se afastando de uma bobina. Disponível em:
<http://www.shutterstock.com/pic-221191111/stock-vector-electromagnetic-induction.html?src=hfrJUu7H-XLoCIK0uAeCTg-1-3>. Acesso em: 18 ago. 2016. 10h55min.
SCIENCEPICS/SHUTTERSTOCK.COM. Configuração do campo magnético de um
ímã formado usando-se limalha de ferro. Disponível em:
<https://www.shutterstock.com/pic-269873414.html>. Acesso em: 18 ago. 2016. 10h43min.
____________. Configuração do campo magnético em torno de um fio condutor
usando-se limalha de ferro. Disponível em:
<https://www.shutterstock.com/pic-249038392.html>. Acesso em: 18 ago. 2016. 11h10min.
GABARITO 1. Alternativa D 2. Alternativa A 3. Alternativa C 4. Alternativa E 5. Alternativa D 6. Alternativa E
