Indução eletromagnética

Indução eletromagnética significa que uma variação do fluxo magnético através de uma espira ou condutor cria uma fem induzida. Se o caminho estiver fechado, essa fem pode gerar uma corrente. Essa é a ideia básica por trás de geradores, transformadores e muitos dispositivos do dia a dia que transformam movimento ou campos variáveis em efeitos elétricos.

A formulação quantitativa mais útil é a lei de Faraday:

Aqui, $\mathcal{E}$ é a fem induzida, $N$ é o número de espiras, e $\Phi_B$ é o fluxo magnético através de uma espira. O sinal de menos vem da lei de Lenz: o efeito induzido se opõe à mudança que o produziu.

A Indução Eletromagnética Só Acontece Quando o Fluxo Muda

O importante não é apenas existir um campo magnético. O que importa é se o fluxo magnético através da espira está mudando.

Para uma espira plana em um campo magnético uniforme,

Então o fluxo pode mudar de três maneiras comuns:

1. A intensidade do campo $B$ muda.
2. A área da espira $A$ muda.
3. O ângulo $\theta$ muda porque a espira gira.

Se nada disso mudar, o fluxo permanece constante e nenhuma fem é induzida.

Por Que a Variação do Fluxo Cria Fem Induzida

Um ambiente magnético variável empurra as cargas no condutor e cria uma fem. Uma variação mais rápida do fluxo produz uma fem maior. Uma variação mais lenta produz uma fem menor.

É por isso que mover um ímã rapidamente através de uma bobina produz um efeito mais forte do que movê-lo devagar, mantendo o resto igual. O mesmo padrão aparece se você girar uma espira mais rapidamente ou variar o campo com mais rapidez.

Exemplo Resolvido: Uma Bobina em um Campo Magnético Variável

Suponha que uma bobina tenha $N = 50$ espiras e área $A = 0.020 \, \mathrm{m}^2$. Um campo magnético uniforme permanece perpendicular à bobina, então $\cos\theta = 1$. O campo aumenta de 0.30 \, \mathrm{T}$$ para 0.80 , \mathrm{T}$em$0.10 , \mathrm{s}$.

Como o campo é perpendicular, a variação do fluxo por espira é

Agora use a forma do módulo médio da lei de Faraday nesse intervalo de tempo:

Portanto, a fem induzida média tem módulo $5.0 \, \mathrm{V}$. Se o campo aumentar a uma taxa constante durante o intervalo, esse também será o módulo da fem instantânea durante toda a variação.

Se a bobina fizer parte de um circuito fechado, essa fem pode gerar uma corrente. Se o circuito estiver aberto, ainda existe uma fem induzida, mas não há corrente sustentada circulando por uma malha completa.

Erros Comuns em Indução Eletromagnética

• Pensar que qualquer campo magnético causa indução. Um campo constante atravessando uma espira fixa não causa.
• Esquecer que o fluxo depende do ângulo, além da intensidade do campo e da área.
• Tratar o sinal de menos na lei de Faraday como apenas uma resposta numérica negativa. Ele indica que o efeito induzido se opõe à mudança.
• Supor que fem e corrente são a mesma coisa. Corrente induzida exige um caminho condutor fechado.

Onde a Indução Eletromagnética É Usada

A indução eletromagnética é usada sempre que uma variação do fluxo magnético é convertida em tensão ou corrente. Exemplos comuns incluem geradores elétricos, transformadores, fogões por indução e sistemas de carregamento sem fio.

Ela também oferece uma forma prática de conectar movimento, campos magnéticos e circuitos. Depois que a indução cria uma fem, você pode analisar o restante do circuito com ideias como resistência, corrente e potência.

Tente um Problema Parecido

Mantenha a mesma bobina, mas faça a variação do campo acontecer em $0.20 \, \mathrm{s}$ em vez de $0.10 \, \mathrm{s}$. A variação do fluxo é a mesma, então o módulo da fem induzida média cai pela metade. Tente sua própria versão com uma espira em rotação ou um número diferente de espiras e verifique qual parte do fluxo está mudando antes de usar a fórmula.