Indução Eletromagnética

Departamento de Física e Química – Curso de Física
Laboratório de Competências Experimentais II
Indução Eletromagnética
Objetivos
Verificar experimentalmente a lei de Faraday, analisar em que condições ocorre a indução eletromagnética
e verificar a veracidade da lei de Lenz.
Introdução
As linhas de indução magnética aparecem quando temos um ímã ou um dispositivo onde circula corrente.
No exemplo abaixo podemos vê-las:
Na ilustração acima temos uma espira circular, percorrida por corrente, em sentido anti-horário. Podemos
ver as linhas de indução passando de baixo para cima dentro da espira. Quando estas linhas atravessam uma
área, como no caso, falamos em fluxo. O fluxo na figura é constante no tempo, pois a corrente é constante.
Vejamos outro exemplo:
Temos agora um solenóide percorrido por corrente. O fluxo magnético é muito semelhante às linhas de
fluxo num ímã. Observe estas linhas dentro e fora do solenóide. Como o fluxo se relaciona à área, ele é muito
mais intenso no interior do solenóide.
Mas vamos supor que a corrente não seja constante, em nenhum dos dois exemplos. O fluxo também não
seria constante. Pense, por exemplo, se a corrente fosse uma função do tempo. O fluxo também seria, pois em
última análise, o fluxo depende diretamente da corrente.
Faraday descobriu que, quando, num circuito fechado, ocorre variação do fluxo magnético com o tempo,
surge neste circuito uma força eletromotriz induzida. E o que é mais incrível: este circuito terá corrente e terá
linhas de indução, sem ter qualquer fonte!
Hoje em dia é muito grande a aplicação desta descoberta. A energia elétrica que consumimos em nossas
casas e nas indústrias seria totalmente inviável, não fosse o fato disso acontecer.
De forma matemática, podemos escrever esta lei da seguinte forma:
  N
d B
dt
(9.1)
Esta equação simples é conhecida como Lei de Faraday. Temos que mencionar aqui Lenz, que lembrou a
Faraday que "o sentido da força eletromotriz induzida sempre era aquele que contraria a variação do fluxo". Se
você pensar bem, este raciocínio de Lenz nada mais é do que a maior lei da natureza: tudo tende ao estado de
equilíbrio! O sinal negativo na lei de Faraday expressa isto.
Talvez isto ainda não faça muito sentido para você. Então vejamos outro exemplo de indução
eletromagnética:
B induzido
A
A
i
i induzida
_
+
Primário
Secundário
Um circuito completo, tal como o primário, tem resistência e fonte. O secundário não tem fonte. Se, no
primário, a corrente está aumentando com o tempo, haverá, então, dentro da espira secundária, um campo
magnético que aponta para dentro do plano da página, e estará crescendo no tempo! Ora, para deixar as coisas
como eram, o secundário reage, criando uma corrente, que cria um campo, apenas para cancelar o crescimento
do campo citado antes. Este campo induzido é mostrado na figura, saindo da página (símbolo ).
O sentido da corrente induzida, e o do campo induzido, serão sempre dependentes do que está
acontecendo com o fluxo do primário.
O que aconteceria com o sentido do campo e da corrente induzidos se a corrente do primário fosse
decrescente, em vez de crescente?
Procedimento
a) Material utilizado:
Kit Pró-Física
b) Descrição dos experimentos:
1. Indução eletromagnética
1.1. Material a ser utilizado:
Amperímetro CA
Ímã cilíndrico
Barra de estanho
Haste de alumínio
Bobina de 600 + 600 espiras
Cabos de ligação
1.2. Montagem:
1.3. Escolha a menor escala do amperímetro.
1.4. Ligue ao amperímetro a bobina de 600 + 600 espiras pelos pinos das extremidades, isto é,
utilize 1200 espiras. Coloque o ímã dentro da bobina.
1.5. Retire lentamente o ímã e observe a deflexão do ponteiro do amperímetro. Explique.
1.6. Introduza o ímã lentamente dentro da bobina, observando novamente a deflexão do ponteiro
do amperímetro. Explique, comparando com o item anterior.
1.7. Varie o número de espiras da bobina, ligando-a pelo pino central e pino da extremidade, isto
é, 600 espiras. Repita o procedimento feito anteriormente. Explique o que ocorre agora.
1.8. Faça um movimento de vaivém com o ímã e observe a deflexão do ponteiro do amperímetro.
O que está acontecendo? Explique.
1.9. Repita os procedimentos 1.4 e 1.5, substituindo o ímã pela barra de estanho e depois pela
haste de alumínio. Explique o que ocorre.
2. O transformador
2.1. Material a ser utilizado:
Bobina de 300 espiras
Núcleo em forma de U
Núcleo em forma de I
Lâmpadas de 3 V
Suporte para lâmpadas de 3 V
Cabos de ligação
2.2. Montagem:
2.3. Ligue a bobina de 300 espiras à rede elétrica local (110 V). Este será o primário do
transformador.
2.4. Usando o cabo de ligação, enrole 2 espiras no secundário (observe a figura), conecte à
lâmpada e observe seu brilho. Explique.
2.5. Enrole mais espiras no secundário, verificando sempre o brilho da lâmpada. Explique o
fenômeno que ocorre quando se aumenta o número de espiras do secundário.
3. Solda elétrica
3.1. Material a ser utilizado:
Bobina de 300 espiras
Bobina de 5 espiras com pólos
Núcleo em forma de U
Núcleo em forma de I
Pregos
Lâmpadas de 3 V
Suporte para lâmpadas de 3 V
Cabos de ligação
3.2. Montagem:
3.3. Monte o transformador com a bobina de 300 espiras no primário e a bobina de 5 espiras no
secundário, conforme a figura 1 da montagem.
3.4. Coloque o prego entre os pólos da bobina de 5 espiras e aperte bem os grampos de fixação
3.5. Ligue o primário à rede elétrica local. O prego, devido à alta corrente, se aquecerá ao rubro
até se fundir. Explique este fenômeno.
3.6. Em seguida, mantendo o transformador ligado à rede elétrica, aproxime os pedaços do prego
até o contato entre eles. A corrente se estabelecerá e o prego ficará aquecido ao rubro. Então, mantendo os dois
pedaços unidos, desligue o transformador da rede elétrica, até que o prego esfrie um pouco. Os pedaços estarão
soldados. Explique este fenômeno.
3.7. Substitua o prego pela lâmpada de 3 V, conforme a figura 2 da montagem. Explique porque o
filamento da lâmpada não se funde, como o prego.
4. Lei de Lenz
4.1. Material a ser utilizado:
Bobina de 600 + 600 espiras
Núcleo em forma de U
Núcleo em forma de I
Anéis de alumínio
Anel de ferro
Cabos de ligação
4.2. Montagem:
4.3. Encaixe o anel de alumínio fechado no núcleo em forma de I, conforme mostra a figura da
montagem.
4.4. Usando 1200 espiras, ligar à rede elétrica e observar o anel de alumínio.
4.5. Usando agora 600 espiras, ligar à rede local e observar o anel de alumínio. Explique o que
ocorreu neste e no procedimento anterior, de acordo com a lei de Lenz.
4.6. Repita os procedimentos anteriores, substituindo o anel de alumínio fechado pelo aberto.
Explique o que se observa.
4.7. Repita agora os procedimentos substituindo o anel de alumínio fechado pelo de ferro.
Explique o que ocorre.
5. Forno de indução
5.1. Material a ser utilizado:
Bobina de 300 espiras
Núcleo em forma de U
Núcleo em forma de I
Calha para água
Cabos de ligação
5.2. Montagem:
5.3. Monte o transformador com a bobina de 300 espiras no primário e a calha no secundário,
conforme a figura da montagem.
5.4. Coloque água na calha e ligue o transformador à rede elétrica. Aguarde e explique o que se
passa.