Eletromagnetismo

Lei de Faraday

Espiras em um campo
 magnético variável (I)

Espiras em um campo
magnético variável (II)

Demonstração da
lei de Faraday (I)

Demonstração da 
lei de Faraday (II)

Acelerador de partículas
O betatron

Varinha que se move
em um c. magnético (I) 

Queda de uma varinha
em um c. magnético

Movimento de uma
espira através de
um c. magnético

Medida do campo
magnético

Gerador de corrente
alternada

Galvanômetro balístico

Correntes de Foucault

Imã em tubo metálico

Indução homopolar

Um disco motor e
gerador

Varinha que se move
em um c. magnético (II)

Varinha que se move
em um c. magnético (III)

Varinha que se move
em um c. magnético (IV)

Momento angular dos
campos EM (I)

Momento angular dos
campos EM (II)

Indução eletromagnética. Lei de Faraday

Fundamentos físicos

Atividades

Suponhamos que temos uma espira situada entre as placas polares de um eletroímã. O campo magnético varia com o tempo. Verificaremos que o sentido da corrente induzida está de acordo com lei de Lenz e observaremos o comportamento da fem em função do tempo.

Conceito de fluxo

	Se denomina fluxo ao produto escalar do vetor campo pelo vetor superfície
	Se o campo não é constante ou a superfície não é plana, calculamos o fluxo através de cada elemento dS de superfície, B·dS O fluxo através da superfície S, é

A indução eletromagnética. Lei de Faraday

A indução eletromagnética foi descoberta quase simultaneamente e de forma independente por Michael Faraday e Joseph Henry em 1830. A indução eletromagnética é o princípio sobre o qual se baseia o funcionamento do gerador elétrico, o transformador e muitos outros dispositivos.

Suponhamos que colocamos um condutor elétrico na forma de circuito em uma região na qual há um campo magnético. Se o fluxo F através do circuito varia com o tempo, podemos observar uma corrente no circuito (enquanto o fluxo está variando). Medindo a fem induzida encontramos que depende da rapidez de variação do fluxo do campo magnético com o tempo.

O significado do sinal menos, logo, o sentido da corrente induzida (lei de Lenz) é mostrado na figura mediante uma flecha de cor azul..

Fundamentos físicos

O campo magnético cuja direção é perpendicular ao plano da espira, varia com o tempo da forma

B=B₀ sen(w t)

O fluxo F do campo magnético através das N espiras iguais é, o produto do fluxo através de uma espira pelo número N de espiras

A fem induzida nas espiras é

O sentido da corrente induzida é tal que se opõe a variação de fluxo.

Como a espira tem uma área que não varia, o fluxo se modifica ao variar o campo magnético. Pode acontecer algum dos quatro casos que são mostrados na figura.

Seja P o período do campo magnético. No intervalo:

• 0-P/4, o campo magnético aumenta, o fluxo através da espira aumenta
• P/4-P/2, o campo magnético diminui, o fluxo diminui.
• P/2-3P/4, o campo aumenta em valor absoluto (diminui se levarmos em conta o sinal).
• 3P/4-P, o campo magnético diminui em valor absoluto (aumenta se levarmos em conta o sinal).

Se tomarmos como critério que a corrente induzida na espira é positiva quando circula em sentido contrário ao dos ponteiros do relógio, e é negativa quando circula no sentido do ponteiros do relógio. A corrente induzida será positiva no segundo e terceiro intervalo e será negativa no primeiro e quarto intervalo, de acordo com o comportamento de uma função proporcional a –cos(w t).

Atividades

Introduza

• A amplitude do campo magnético B₀ , no controle de edição titulado Campo magnético
• Freqüência f, no controle de edição titulado Freqüência
• Número de espiras N, no controle de edição titulado Número de espiras
• A área da espira foi fixado no programa interativo, é um quadrado de a=10 cm de lado

Clique no botão titulado Começar.

A esquerda na simulação, observamos as placas polares do eletroímã. No primeiro semiperiodo o pólo Norte está abaixo e o pólo Sul acima, quando transcorre meio período se inverte a polaridade.

A corrente induzida, é representada mediante o movimento de uns pontos vermelhos (cargas positivas) sobre as espiras.

É representado na cor preta, o vetor superfície S, que é proporcional ao número de espiras N, e na cor azul o vetor campo B, cujo módulo e sentido vai variando com o tempo.

Na parte direita na simulação, é representado no mesmo sistema de eixos

• Na cor azul, o campo magnético em função do tempo.
• Na cor vermelha, a fem nas espiras.

Exemplo:

• Seja B₀= 40 gauss=0.004 T
• Freqüência f=1 Hz
• Número de espiras N=4
• Área da espira S=100 cm²=0.01 m²

O período P=1/f=1 s, a freqüência angular ω=2πf=2π rad/s

Calcular a fem no instante t=P/2=0.5 s

Vє=-S·N·B₀·ω·cos(ω·t)=-0.01·4·0.004·2·π·cos(π)=1.005·10^-3 V=1.005 mV