indução eletromagnética a enorme quantidade de energia elétrica, usada para iluminar as grandes...
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Indução Eletromagnética
A enorme quantidade de energia elétrica, usada para iluminar as grandes cidades, é gerada graças ao fenômeno da indução eletromagnética
Condutor em movimento dentro de um campo magnético
• Consideremos um condutor metálico, movimentando-se com velocidade V, perpendicularmente às linhas de indução de um campo magnético B.
N
S
B
VB
Vista de Cima
V
Condutor em movimento dentro de um campo magnético
• Com o movimento do condutor, cada elétron livre do mesmo fica sujeito a uma força magnética, que pode ser determinada pela regra da mão esquerda para cargas negativas B
Vista de Cima
Ve
FM
BVista de Cima
Ve
FM
BVista de Cima
Ve
FM
BVista de Cima
Ve
FM
• Devido a esse deslocamento, teremos um acúmulo de elétrons na parte inferior do condutor, fazendo com que essa extremidade adquira um potencial elétrico negativo.
• Pelo mesmo deslocamento, teremos uma falta de elétrons (sobra de prótons) na parte superior do condutor, fazendo com que essa extremidade adquira um potencial elétrico positivo.
• Podemos então dizer que existe uma diferença de potencial entre as extremidades do condutor. A essa ddp damos o nome de força eletromotriz induzida (e ou fem).
Podemos fazer uma comparação
• Uma barra metálica sendo deslocada em um campo magnético é equivalente a uma pilha ou bateria.
B
Ve
FM
Cálculo da força eletromotriz induzida
• L = comprimento do condutor dentro do campo magnético (metros);
• B = intensidade do campo magnético uniforme (tesla);
• V = velocidade de deslocamento (m/s);• V perpendicular a B ;• e = força eletromotriz induzida (volts).
VLBe
Corrente Induzida• Se o condutor se
movimenta ao longo de fios condutores paralelos, que formem um circuito fechado, haverá um movimento contínuo de elétrons por esse circuito.
• A esse movimento contínuo de elétrons damos o nome de corrente elétrica induzida.
Vista de CimaB
Ve
FM
i - sentido convencion
al
Algumas observações
• Caso o condutor pare, não teremos mais força eletromotriz induzida (e ou fem) e corrente induzida (i);
• Para que a corrente se mantenha constante, devemos garantir velocidade e campo magnético constantes
• Essa forma de gerar uma fem induzida não é utilizada na prática.
Exemplo• Um condutor AB de comprimento 30cm move-se em um plano
horizontal apoiado em dois trilhos condutores que estabelecem um circuito conforme a figura a seguir. O condutor é arrastado pelos trilhos com velocidade constante igual a 10m/s.
A
B
V
B
R= 2
B= 101T
Assim determine:a) o sentido convencional da corrente no condutor AB;b) a fem induzida no condutor;c) a intensidade da corrente que percorre o condutor.
Solução• O sentido da corrente no condutor AB pode ser encontrado
através da regra da mão esquerda para força magnética.
A
B
V
B
R= 2
B= 101T
e
V
B
FM
FM
Sentido real
Sentido convencion
al
Solução• A fem induzida no condutor pode ser obtida pela equação a
seguir:A
B
V
B
R= 2
B= 101T
e
FM
Sentido convencion
alvolte
VLBe
smV
mcmL
TB
Dados
3,0
1010310
10
10330
10
11
1
1
• A corrente induzida no condutor pode ser obtida pela lei de Ohm:
AiRe
i
R
VeDados
15,023,0
2
3,0
Outros exemplos de fem induzida
• O grande cientista inglês M. Faraday, realizando um número muito grande de experiências no século XIX, verificou que existem várias outras situações nas quais se observa o aparecimento de uma corrente induzida em um circuito.
N
V
Corrente induzida
Corrente induzida em uma espira, causada pela aproximação do pólo norte de um imã.
No instante em que a chave C é aberta ou fechada, aparece, na bobina G uma corrente induzida.
Campo magnético da bobina F
F G
C
A
Para podermos entender casos mais complexos de indução devemos definir a grandeza
fluxo magnético
Fluxo Magnético• Grandeza escalar que mede o
número de linhas de indução que atravessam a área A de uma espira imersa num campo magnético uniforme é chamada fluxo magnético (), sendo definida por:
B
n A cos AB
A = área em m2;
B = campo magnético em tesla (T );
= fluxo magnético em weber (Wb )
Valores particulares do fluxo magnético
A
B
n
0
0cos
90
o
AB
o
1cos
0
A
B
n
Lei de Faraday da Indução Eletromagnética
• Sempre que ocorrer uma variação do fluxo magnético através de um circuito, aparecerá, neste circuito, uma fem induzida. O valor desta fem, e, é dada por:
te
• Onde é a variação do fluxo observada no intervalo de tempo t.
Exemplos de variação do fluxo magnético
• Variação do fluxo através de variação de B :
• Aproximando e afastando a bobina estamos variando o vetor campo magnético B .
• Variando o ponto C estamos alterando a corrente que circula pela bobina, fazendo com que a intensidade vetor campo magnético B produzido pela bobina varie.
Exemplos de variação do fluxo magnético
• Variação do fluxo através de variação de :
• Girando a espira o valor do ângulo varia de 0º a 180º.
Exemplos de variação do fluxo magnético
• Variação do fluxo através de variação da área :
• Puxando o condutor com uma velocidade V, estamos aumentando a área.
Sentido da Corrente InduzidaLei de Lenz
• O sentido da corrente elétrica induzida é tal que seus efeitos tendem a se opor à causa que lhe deu origem
Aplicação da indução eletromagnética
• O microfone de Indução:
Tela de proteção
Membrana
Bobina móvel ligada à membrana
Ímã Fixo
Aplicação da indução eletromagnética
• O gerador de energia elétrica:
Exercícios
• (UFMG) Observe a figura a seguir:
Essa figura mostra um trilho metálico, horizontal, sobre o qual uma barra, também metálica, pode se deslocar livremente, sem atrito. Na região onde está o trilho, existe um campo magnético B, saindo do papel. Lançando-se a barra para a direita, com velocidade Vo, haverá nela uma corrente elétrica:
Vo
X
Y
Trilhos metálico
s
B
Solução• Vamos determinar o sentido da corrente induzida através da
regra da mão esquerda para força magnética:
Vo
X
YB
e
V
B
FM
FMSentido real
Sentido convencion
al
Solução
• Vamos determinar o sentido da força produzida pela interação entre o campo magnético e a corrente elétrica, através da regra da mão esquerda para corrente elétrica:
Vo
X
YB
Sentido convencion
al
i
B
FM
FM