INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA –
ONDAS ELETROMAGNÉTICAS
ÍNDICE
• FORÇA ELETROMOTRIZ INDUZIDA
• A LEI DE FARADAY
• A LEI DE LENZ
• O TRANSFORMADOR
• ONDAS ELETROMAGNÉTICAS
Força eletromotriz induzida
• Sabemos que uma pilha ou uma bateria são
dispositivos que transformam energia química
em energia elétrica
• Em 1831, Faraday descobriu um processo
capaz de gerar grandes quantidades de
energia elétrica (indução eletromagnética)
• Neste processo, o dínamo transforma energia
mecânica em energia elétrica
Força eletromotriz induzida
• Condutor em movimento dentro de um
campo magnético
– Os elétrons livres do condutor ficam sujeitos à
ação de uma força magnética exercida pelo campo
– Eles se deslocam ocorrendo uma separação de
Força eletromotriz induzida
• Condutor em movimento dentro de um
campo magnético
– Esta separação de cargas produz uma d.d.p. entre
suas extremidades (gerador f.e.m.)
– O condutor se comportará como uma pilha ou
bateria
Força eletromotriz induzida
• Corrente induzida em um circuito
– Se o gerador de fem induzida for colocado num
circuito, ele irá estabelecer uma corrente elétrica
no circuito chamada de corrente induzida
– Se o gerador de fem se deslocar no sentido
contrário, o sentido da corrente induzida é
invertido (corrente alternada)
Força eletromotriz induzida
• Outros exemplos de fem induzida
– Quando um ímã é aproximado de uma espira, seu campo induz uma corrente na espira
– Se o ímã estiver repouso, nenhuma corrente é detectada mesmo com ímã próximo
– Tornando a se mover, porém no sentido contrário, o
campo do ímã induz uma corrente na espira em sentido contrário
Força eletromotriz induzida
• Outros exemplos de fem induzida
– O campo de um solenoide também induz uma
corrente num outro solenoide colocado nas
proximidades
A lei de Faraday
• Fluxo magnético
– Quantidade de linhas de indução que atravessam
uma determinada área de superfície
– Onde é o ângulo entre o vetor e a normal da
superfície
– No S.I. a unidade de fluxo é 1 weber = 1 Wb
A lei de Faraday
• Fluxo magnético
– O valor do fluxo depende do ângulo . Se o vetor é
perpendicular a normal então o fluxo é nulo
A lei de Faraday
• Lei de Faraday
– Faraday percebeu que sempre que ocorria uma
variação do fluxo magnético atravessando um
circuito, uma fem era induzida
– Além disso, a fem induzida era proporcional a
velocidade com que o fluxo magnético varia
A lei de Faraday
• Gerador de corrente alternada
– Um dínamo é constituído por uma espira que gira dentro de um campo magnético
– A variação do fluxo magnético através da espira gera uma corrente alternada
– Em uma usina hidrelétrica a queda d´água é utilizada para colocar geradores em rotação
A lei de Faraday
• Comentários
– As figuras abaixo mostram a variação da corrente
induzida com o tempo em uma lâmpada ligada à
espira de um gerador de corrente alternada
A lei de Faraday
• Comentários
– A corrente alternada fornecida pelas companhias
de eletricidade tem uma frequência alta (60 Hz)
– Assim, não percebemos as flutuações no brilho de
uma lâmpada
A lei de Lenz
• O sentido da corrente induzida
– Em 1834, o cientista russo H. Lenz descobriu uma regra para determinar o sentido da corrente induzida
– Quando um ímã se aproxima de uma espira, o fluxo magnético aumenta.
– O sentido da corrente induzida cria um campo que tende a diminuir esse fluxo magnético (sentido contrário ao do
A lei de Lenz
• O sentido da corrente induzida
– Quando o ímã se afasta o fluxo magnético diminui
– O sentido da corrente induzida cria um campo que tende a aumentar o fluxo magnético (mesmo sentido do campo aplicado)
O transformador
• Dispositivo que aumenta ou diminui a voltagem (transformador de voltagem)
– É constituído por uma peça de ferro denominada núcleo do transformador
– Duas bobinas são enroladas no núcleo (enrolamento primário e secundário)
O transformador
• Dispositivo que aumenta ou diminui a voltagem (transformador de voltagem)
– Após a transformação uma voltagem V2 é estabelecida nas extremidades do secundário
O transformador
• Funcionamento
– Quando V1 é estabelecida nas extremidades do primário uma corrente induzida circula pelas espiras
– O campo magnético do primário imanta o núcleo de ferro que por sua vez gera um fluxo magnético no secundário
– Se V1 for constante, o fluxo magnético no secundário será constante e não haverá fem induzida
– Se V1 for alternada, a corrente induzida será alternada produzindo uma fem no secundário e fazendo aparecer V2 nos seus extremos
O transformador
• Relação entre as voltagens no primário e no secundário
– Onde N1 e N2 são o número de espiras no primário e secundário, respectivamente
– Se N2 > N1 teremos V2 > V1 (a voltagem aumenta) – Se N2 < N1 teremos V2 < V1 (a voltagem diminui)
Ondas Eletromagnéticas
• As equações de Maxwell descrevem os
fenômenos eletromagnéticos tal como as leis
de Newton descrevem os fenômenos
mecânicos.
• As equações de Maxwell preveem a existência
de ondas eletromagnéticas.
Ondas Eletromagnéticas
• Se um campo magnético sofre variação no decorrer
do campo, um campo elétrico será induzido.
• Ou seja, um campo elétrico pode ser produzido por
cargas elétricas ou por um campo magnético
variável.
• Não há necessidade da existência de um condutor
para o campo elétrico aparecer.
Ondas Eletromagnéticas
• Maxwell descobriu que o inverso também ocorre: um
campo elétrico variável produz um campo
magnético.
• Ou seja, um campo magnético pode ser produzido
por cargas elétricas em movimento ou por um
Ondas Eletromagnéticas
• Assim, como os campos estão correlacionados entre si, a
variação de um campo magnético produz um campo elétrico variável que por sua vez cria um campo magnético variável... • Podemos gerar um campo magnético variável utilizando um
eletroímã ligado a um gerador de corrente alternada.
• Esses campos variáveis se propagam no espaço irradiando em todas as direções.
Ondas Eletromagnéticas
• Os campos produzidos se propagam como ondas: eles sofrem os mesmos processos de reflexão, refração, difração e
interferência. Por este motivos, são denominadas ondas eletromagnéticas.
• Os campos oscilam perpendiculares entre si e perpendicularmente a direção de propagação.
Ondas Eletromagnéticas
• Maxwell determinou a velocidade de propagação de
uma onda eletromagnética como sendo igual ao
valor da velocidade da luz .
• Como os físicos já sabiam que a luz tinha uma
natureza ondulatório, Maxwell suspeitou que a luz
seria uma onda eletromagnética.
• Essa suspeita se confirmou posteriormente com os
experimentos de Hertz, levando a unificação da Ótica
com o Eletromagnetismo.
Espectro Eletromagnético
• Existem ondas eletromagnéticas de diversos tipos.
Elas se diferem pelo valor de suas frequências (ou
comprimentos de onda) e pela maneira que são
produzidas.
Espectro Eletromagnético
• O conjunto de todos os tipos de ondas é
denominado espectro eletromagnético.
• Todas as ondas se propagam no vácuo com a
velocidade da luz.
Espectro Eletromagnético
• Ondas de rádio: apresentam frequências de até e são
produzidas pela oscilação de elétrons na antena emissora. – As ondas das emissoras de TV apresentam frequências
mais elevadas
• Micro-ondas: apresentam frequências compreendidas entre e .
Espectro Eletromagnético
• Radiação infravermelha: apresentam frequências de a . Produzida pela vibração de átomos e moléculas. Também conhecida como radiação térmica.
• Radiação visível: também conhecida como luz visível apresenta frequências entre e .
– A radiação visível de menor frequência é percebida por nossos olhos como luz vermelha e a de mais alta frequência, luz violeta.
Espectro Eletromagnético
• Radiação ultravioleta: apresentam frequências maiores que a da luz violeta até . São produzidas por transições eletrônicas nos átomos.
• Raios X: apresentam frequência entre e . São produzidos quando elétrons são bruscamente desacelerados.
• Raios gama: apresentam as maiores frequências conhecidas. São emitidos por núcleos atômicos ao sofrerem um
decaimento (elementos radioativos)
