O fenômeno da indução eletromagnética é um fenômeno que consiste na ocorrência de uma força ou tensão eletromotriz em um corpo localizado em um campo magnético que está em constante mudança. Uma força eletromotriz como resultado da indução eletromagnética também surge se um corpo se move em um campo magnético estático e não uniforme, ou gira em um campo magnético de modo que suas linhas que cruzam um circuito fechado mudem.
Corrente elétrica induzida
Sob o conceito de "indução" entende-se o surgimento de um processo como resultado do impacto de outro processo. Por exemplo, uma corrente elétrica pode ser induzida, ou seja, pode aparecer como resultado da exposição de um condutor a um campo magnético de uma maneira especial. Tal corrente elétrica é chamada induzida. As condições para a formação de uma corrente elétrica como resultado do fenômeno de indução eletromagnética são discutidas mais adiante neste artigo.
O conceito de campo magnético
AntesPara começar a estudar o fenômeno da indução eletromagnética, é necessário entender o que é um campo magnético. Em termos simples, um campo magnético é uma região do espaço na qual um material magnético exibe seus efeitos e propriedades magnéticos. Esta região do espaço pode ser representada usando linhas chamadas linhas de campo magnético. O número dessas linhas representa uma quantidade física chamada fluxo magnético. As linhas do campo magnético são fechadas, começam no pólo norte do ímã e terminam no sul.
O campo magnético tem a capacidade de atuar sobre quaisquer materiais com propriedades magnéticas, como ferro condutores de corrente elétrica. Este campo é caracterizado por indução magnética, que é denotada por B e é medida em teslas (T). Uma indução magnética de 1 T é um campo magnético muito forte que atua com uma força de 1 newton sobre uma carga puntiforme de 1 coulomb, que voa perpendicularmente às linhas do campo magnético a uma velocidade de 1 m/s, ou seja, 1 T=1 Ns / (mCl).
Quem descobriu o fenômeno da indução eletromagnética?
A indução eletromagnética, em cujo princípio muitos dispositivos modernos se baseiam, foi descoberta no início dos anos 30 do século XIX. A descoberta do fenômeno da indução eletromagnética é geralmente atribuída a Michael Faraday (data da descoberta - 29 de agosto de 1831). O cientista se baseou nos resultados dos experimentos do físico e químico dinamarquês Hans Oersted, que descobriu que um condutor através do qual flui uma corrente elétrica criaum campo magnético ao seu redor, ou seja, começa a apresentar propriedades magnéticas.
Faraday, por sua vez, descobriu o oposto do fenômeno descoberto por Oersted. Ele notou que um campo magnético variável, que pode ser criado alterando os parâmetros da corrente elétrica no condutor, leva ao aparecimento de uma diferença de potencial nas extremidades de qualquer condutor de corrente. Se essas extremidades estiverem conectadas, por exemplo, por meio de uma lâmpada elétrica, uma corrente elétrica fluirá por esse circuito.
Como resultado, Faraday descobriu um processo físico, pelo qual uma corrente elétrica aparece em um condutor devido a uma mudança no campo magnético, que é o fenômeno da indução eletromagnética. Ao mesmo tempo, para a formação de uma corrente induzida, não importa o que se move: o campo magnético ou o próprio condutor. Isso pode ser facilmente demonstrado através da realização de um experimento apropriado sobre o fenômeno da indução eletromagnética. Então, tendo colocado o ímã dentro da espiral de metal, começamos a movê-lo. Se você conectar as extremidades da espiral através de algum indicador de corrente elétrica em um circuito, poderá ver a aparência da corrente. Agora você deve deixar o ímã sozinho e mover a espiral para cima e para baixo em relação ao ímã. O indicador também mostrará a existência de corrente no circuito.
Experiência de Faraday
Os experimentos de Faraday consistiam em trabalhar com um condutor e um ímã permanente. Michael Faraday descobriu pela primeira vez que quando um condutor se move dentro de um campo magnético, surge uma diferença de potencial em suas extremidades. O condutor em movimento começa a cruzar as linhas do campo magnético, o que simulao efeito de alterar este campo.
O cientista descobriu que os sinais positivos e negativos da diferença de potencial resultante dependem da direção em que o condutor se move. Por exemplo, se o condutor for elevado em um campo magnético, a diferença de potencial resultante terá uma polaridade +-, mas se esse condutor for abaixado, já teremos uma polaridade -+. Essas mudanças no sinal dos potenciais, cuja diferença é chamada de força eletromotriz (EMF), levam ao aparecimento em um circuito fechado de uma corrente alternada, ou seja, uma corrente que muda constantemente sua direção para o oposto.
Características da indução eletromagnética descobertas por Faraday
Sabendo quem descobriu o fenômeno da indução eletromagnética e porque existe uma corrente induzida, vamos explicar algumas das características desse fenômeno. Assim, quanto mais rápido você mover o condutor em um campo magnético, maior será o valor da corrente induzida no circuito. Outra característica do fenômeno é a seguinte: quanto maior a indução magnética do campo, ou seja, quanto mais forte esse campo, maior a diferença de potencial que ele pode criar ao mover o condutor no campo. Se o condutor está em repouso em um campo magnético, nenhum EMF surge nele, pois não há mudança nas linhas de indução magnética que cruzam o condutor.
Direção da corrente elétrica e regra da mão esquerda
Para determinar a direção no condutor da corrente elétrica criada como resultado do fenômeno da indução eletromagnética, você podeuse a chamada regra da mão esquerda. Pode ser formulado da seguinte forma: se a mão esquerda for colocada de modo que as linhas de indução magnética, que começam no pólo norte do ímã, entrem na palma da mão, e o polegar saliente for direcionado na direção do movimento do condutor em o campo do ímã, então os quatro dedos restantes da mão esquerda indicarão a direção do movimento da corrente induzida no condutor.
Existe outra versão desta regra, é a seguinte: se o dedo indicador da mão esquerda é direcionado ao longo das linhas de indução magnética, e o polegar saliente é direcionado na direção do condutor, então o dedo médio girado 90 graus para a palma da mão indicará a direção da corrente que apareceu no condutor.
O fenômeno da auto-indução
Hans Christian Oersted descobriu a existência de um campo magnético em torno de um condutor ou bobina com corrente. O cientista também descobriu que as características desse campo estão diretamente relacionadas à força da corrente e sua direção. Se a corrente na bobina ou no condutor for variável, gerará um campo magnético que não será estacionário, ou seja, mudará. Por sua vez, esse campo alternado levará ao aparecimento de uma corrente induzida (o fenômeno da indução eletromagnética). O movimento da corrente de indução será sempre contrário ao da corrente alternada que circula pelo condutor, ou seja, resistirá a cada mudança no sentido da corrente no condutor ou bobina. Este processo é chamado de auto-indução. A diferença elétrica resultantepotenciais é chamado de EMF de auto-indução.
Observe que o fenômeno de auto-indução ocorre não apenas quando a direção da corrente muda, mas também quando ela muda, por exemplo, ao aumentar devido à diminuição da resistência no circuito.
Para a descrição física da resistência exercida por qualquer mudança de corrente em um circuito devido à auto-indução, foi introduzido o conceito de indutância, que é medida em henries (em homenagem ao físico americano Joseph Henry). Um henry é tal indutância para a qual, quando a corrente muda de 1 ampere em 1 segundo, surge um EMF no processo de auto-indução, igual a 1 volt.
Corrente alternada
Quando um indutor começa a girar em um campo magnético, como resultado do fenômeno da indução eletromagnética, ele cria uma corrente induzida. Esta corrente elétrica é variável, o que significa que muda de direção sistematicamente.
A corrente alternada é mais comum que a corrente contínua. Assim, muitos dispositivos que operam a partir da rede elétrica central utilizam esse tipo de corrente. A corrente alternada é mais fácil de induzir e transportar do que a corrente contínua. Como regra, a frequência da corrente alternada doméstica é de 50 a 60 Hz, ou seja, em 1 segundo sua direção muda 50 a 60 vezes.
A representação geométrica da corrente alternada é uma curva senoidal que descreve a dependência da tensão no tempo. O período completo da curva senoidal para corrente doméstica é de aproximadamente 20 milissegundos. De acordo com o efeito térmico, a corrente alternada é semelhante à correnteCC, cuja tensão é Umax/√2, onde Umax é a tensão máxima na curva senoidal CA.
O uso da indução eletromagnética na tecnologia
A descoberta do fenômeno da indução eletromagnética produziu um verdadeiro boom no desenvolvimento da tecnologia. Antes dessa descoberta, os humanos só conseguiam gerar eletricidade em quantidades limitadas usando baterias elétricas.
Atualmente, esse fenômeno físico é utilizado em transformadores elétricos, em aquecedores que convertem corrente induzida em calor, em motores elétricos e geradores de automóveis.
