Tema 46_Faraday e a indução eletromagnética

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.
Figura 1 – Configuração do campo magnético de um ímã formado com limalha de ferro
Fonte: Sciencepics/Shutterstock.com
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. Tratase de forças magnéticas e que obedecem à 3ª lei de Newton: 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.
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.
Figura 2 – Configuração do campo magnético em torno de um fio
condutor usando-se limalha de ferro
Fonte: Sciencepics /Shutterstock.com
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.
Fio percorrido por
uma corrente elétrica
CAMPO MAGNÉTICO!
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?
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
Figura 3 – Michael Faraday
Fonte: Everett Historical/Shutterstock.com
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.
eletrica
Figura 4 – Ímã em movimento próximo a uma bobina
Fonte: Saad/Shutterstock.com
Essa
é
corrente
denominada
corrente elétrica induzida.
Aproximamando-se
o
imã
da
bobina, observa-se que o ponteiro
do medidor da corrente elétrica se
movimenta.
Este movimento é no sentido
APROXIMANDO
oposto ao movimento do ímã,
conforme indicado na figura 5
(para a esquerda).
Corrente
Figura 5 – Ímã se aproximando de uma bobina
Fonte: Saad/Shutterstock.com
Afastando-se
o imã da
bobina, observa-se que o
ponteiro do medidor da
corrente
AFASTANDO
elétrica
movimenta.
seu
é
no
oposto
movimento
Corrente
Novamente
movimento
sentido
se
conforme
ao
do
ímã,
indicado
na
figura 6 (para a direita).
Figura 6 – Ímã se afastando de uma bobina
Fonte: Saad/Shutterstock.com
Então, realizando simultaneamente
os dois movimentos (aproximar e
afastar
o
ímã)
teremos
um
Corrente
Corrente
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.
S
N
Figura 7 – Indução eletromagnética
Fonte: Saad/Shutterstock.com
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.
Figura 8 – Experimento envolvendo a indução eletromagnética
Fonte: E-aulas USP
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.
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.
e) lei de Ampere; correntes alternada ou contínua podem ser induzidas.
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:
Ímã
Anel metálico
Suporte isolante
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.
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 norteamericana 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-electromagneticinduction.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-electromagneticinduction.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/pic249038392.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