induÇÃo eletromagnÉtica o que você deve saber sobre o uso de motores elétricos e circuitos de...

INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICAINDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA

O que você deve saber sobre

O uso de motores elétricos e circuitos de corrente alternada revolucionou a sociedade moderna. Hoje, seu uso é tão disseminado que é difícil imaginar a vida sem eletricidade. Neste tópico, vamos revisar a base de funcionamento de transformadores e motores de corrente alternada: a indução eletromagnética.

INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA

I. Fem induzida

Os elétrons livres da barra ficam então sujeitos a uma força magnética de direção paralela à barra e sentido de A para B. A extremidade A fica carregada positivamente, e a B, negativamente. As cargas continuam a se concentrar nas extremidades até que se estabeleça um equilíbrio. Há um campo elétrico vertical para baixo, e igualdade de módulo entre a força magnética para baixo e a força elétrica para cima. Entre os terminais da barra, há uma fem induzida.

Barra condutora AB deslocando-se para a direita com velocidade

constante v, numa região sujeita a umcampo magnético B perpendicular ao

vetor velocidade e entrando noplano do papel.

I. Fem induzida

Se a barra tem comprimento L, a fem induzida vale:


II. Fluxo magnético

A indução, descrita por Faraday, depende de três fatores: intensidade B do campo magnético; área A a ser atravessada pelas linhas; ângulo θ entre as linhas de campo e a normal à superfície considerada:


Casos de variação do fluxo magnético

Variação na intensidade do campo B

Enquanto o ímã cai por entre as espiras da bobina, há variação na intensidade do campo magnético induzido na espira. Isso pode ser

observado no osciloscópio.


AN

DR

EW

LA

MB

ER

T P

HO

TO

GR

AP

HY

/SC

IEN

CE P

HO

TO

LIB

RA

RY

/LA

TIN

STO

CK


Variação na área A atravessada pelas linhas de campo

Variação no ângulo θ entre as linhas de campo e a superfície

A área da espira retangular CDEF,efetivamente atravessada pelas linhas de campo, é reduzida de acordo com o movimento para a direita.

A espira retangular gira na região de influência do campo magnético, variando

continuamente o ângulo determinado pelas linhas de campo e a normal à

superfície da espira.


Indução eletromagnéticaClique aqui para ver a animação.


III. Lei de Faraday

Lei de Lenz

O sinal negativo na expressão da lei de Faraday descreve um resultado conhecido como lei de Lenz: “A corrente induzida em um circuito aparece sempre com um sentido tal que o campo magnético criado tende a contrariar a variação do fluxo magnético através da espira”.

O ímã em [A] se afasta da espira, e o sentido da corrente, de acordo com a regra da mão direita, é horário, para compensar (naturalmente) a diminuição do fluxo magnético. Em [B], o sentido da corrente induzida é anti-horário, para reverter o aumento do fluxo para baixo.


Correntes de Foucault: são induzidas em condutores maciços.

Podem atingir grande intensidade com grande dissipação de energia na forma de calor.

Quando o paralelepípedo entra por completo na região do campo magnético, exibe dois conjuntos de correntes de Foucault, que giram emsentidos opostos.

Em velocímetros analógicos de automóveis,quando o eixo do carro gira, ele aciona ímãs que

produzem pequenas correntes elétricas e campos magnéticos, que movimentam o ponteiro

indicador de velocidade.

III. Lei de Faraday

PO

WER

ED

BY

LIG

HT/A

LA

N S

PEN

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LA

MY

/OTH

ER

IM

AG

ES


IV. Correntes alternadas

São correntes induzidas com sentidos alternantes, provocadas,por indução eletromagnética, pelo funcionamento de motores elétricos mediante a rotação de espiras em regiões atravessadas por campos magnéticos, em movimentos de vaivém. Podemos dizer que a expressão geral da corrente i depende do seu valor máximo e de uma função trigonométrica. A variação pode ser senoidal:

em que = 2f é a pulsação, f é a frequência com que a corrente varia

no tempo, e t, o instante considerado.


Gráfico corrente X fase, exibindo variação senoidal da função.



Valor eficaz da corrente

Transformadores

São dispositivos usados para modificar uma ddp alternada.



A relação entre a ddp no primário UP e

a ddp do secundário US depende

exclusivamente da razão entre o número de espiras entre as bobinas:

(Ufal) Um fio metálico tem suas extremidades unidas formando um retângulo plano (ver figura).

Um resistor ôhmico no fio tem resistência R, e os potenciais em suas extremidades C e D são denotados por VC e VD. Num dado instante, um campo magnético uniforme de módulo B é ligado em todo o espaço, com direção perpendicular ao plano do fio e sentido indicado na figura (⊗).

Nesse contexto, pode-se afirmar que:a) a corrente elétrica induzida no fio terá sentido horário, tal que VC > VD.b) a corrente elétrica induzida no fio terá sentido horário, tal que VC < VD.c) não haverá corrente elétrica induzida no fio, tal que VC = VD.d) a corrente elétrica induzida no fio terá sentido anti-horário, tal que VC > VD.e) a corrente elétrica induzida no fio terá sentido anti-horário, tal que VC < VD.

RESPOSTA: D Após a ligação do campo, há um aumento de fluxo para entrar na página. Pela lei de Lenz, a corrente deve provocar diminuição do campo nesse sentido. Para tanto, a corrente deve fluir no sentido anti-horário. A corrente vai de C para D. Há queda de potencial de C para D, o que significa que VC > VD.

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INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA – NO VESTIBULAR

EX

ER

CÍC

IOS

ES

SEN

CIA

IS


Indução eletromagnéticaClique na imagem para ver a animação.

(PUC-MG) A figura mostra um plano inclinado sobre o qual se coloca um ímã no ponto A, que desliza livremente em direção a B. No trajeto, ele passa através de uma espira circular, ligada a um voltímetro V.

RESPOSTA: CO fluxo magnético varia durante todo o movimento de descida do ímã: ele aumenta até chegar à espira e depois diminui. Logo, há ddp induzida em todo o trajeto de A a B.

4EX

ER

CÍC

IOS

ES

SEN

CIA

IS

Desprezando-se todos os atritos mecânicos, pode-se afirmar que:a) haverá uma diferença de potencial (ddp) induzida na bobina apenas nos momentos de entrada e saída do ímã através da espira.b) o voltímetro não vai acusar nenhuma ddp, porque a espira não está ligada a nenhuma pilha ou bateria.c) durante toda a passagem do ímã através da espira, o voltímetro vai acusar leituras da ddp induzida.d) o voltímetro somente acusaria a leitura de uma ddp induzida na espira se houvesse atrito entre o ímã e o plano inclinado, fazendo com que o ímã passasse através da espira com velocidade constante.


(Ufal) A figura ilustra um fio condutor e uma haste metálica móvel sobre o fio, colocados numa região de campo magnético uniforme espacialmente (em toda a região cinza da figura), com módulo B, direção perpendicular ao plano do fio e da haste e sentido indicado. Uma força de módulo F é aplicada na haste, e o módulo do campo magnético aumenta com o tempo.

De acordo com a lei de Faraday, é correto afirmar que:a) o aumento de B com o tempo tende a gerar uma corrente no sentido horário, enquanto a ação da força F tende a gerar uma corrente no sentido anti-horário.b) o aumento de B com o tempo tende a gerar uma corrente no sentido anti-horário, enquanto a ação da força F tende a gerar uma corrente no sentido horário.

5EX

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CÍC

IOS

ES

SEN

CIA

IS


c) ambos, o aumento de B com o tempo e a ação da força F, tendem a gerar uma corrente no sentido horário.d) ambos, o aumento de B com o tempo e a ação da força F, tendem a gerar uma corrente no sentido anti-horário.e) a ação da força F tende a gerar uma corrente no sentido horário, enquanto o aumento de B com o tempo não tem influência sobre o sentido da corrente gerada.

5EX

ER

CÍC

IOS

ES

SEN

CIA

IS

RESPOSTA: C O aumento do campo provoca aumento no fluxomagnético e, por isso, gera corrente induzida na haste. O campo aumenta na direção normal à folha, saindo da página. Pela lei de Lenz, a corrente induzida deve ter sentido tal que provoque variação inversa no campo magnético. Isso é obtido com uma corrente no sentido horário. A ação da força também aumenta o fluxo, pelo aumento da área do circuito imersa no campo magnético. Assim, a corrente induzida também deve ter sentido horário, para compensar o aumento.


(Unimontes-MG) O fluxo magnético através de uma bobina varia com o tempo, de acordo com o gráfico mostrado a seguir. Sabe-se que a bobina constitui um circuito fechado, cuja resistência é igual a 10 Ω.

Determine o valor da corrente elétrica no intervalo entre t = 0,3 s e t = 0,4 s.a) 4 A c) 3 Ab) 2 A d) 1 A

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CÍC

IOS

ES

SEN

CIA

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RESPOSTA: A


induÇÃo eletromagnÉtica o que você deve saber sobre o uso de motores elétricos e circuitos de...

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