Indução eletromagnética: Conceito e aplicação

Explicação

As experiências de Oersted permitiram relacionar a variação do campo elétrico com a produção de um campo magnético.

Da mesma forma, Faraday mostrou que a variação de um campo magnético induz um campo elétrico, desenvolvendo-se assim o conceito de indução eletromagnética.

Verificou-se que o movimento de aproximação de um íman ao interior de uma bobina ou o seu afastamento provocavam a movimentação do ponteiro de um galvanómetro. O mesmo acontecia quando se movimentava uma bobina em relação a um gerador.

Assim, verificou-se que houve a produção de corrente elétrica, ao variar um campo magnético. A este fenómeno chama-se de indução eletromagnética.

Indução eletromagnética

A indução eletromagnética consiste na criação de corrente elétrica induzida ( $I_i$ ) por variação do fluxo do campo magnético. Pela expressão:

$\Phi=A\times B\times \cos\theta$

Os fatores que fazem variar o fluxo magnético são:

Intensidade do campo magnético;
Área atravessada pelo campo magnético;
Orientação da espira.

Lei de Faraday

A indução de corrente provoca uma diferença de potencial a que se dá o nome de força eletromotriz induzida ( $\varepsilon_i$ ). As unidades SI de $\varepsilon_i$ são o volt ( $V$ ).

Assim, a potência que é disponibilizada ao circuito é dada pela seguinte equação:

$P\ =\ \varepsilon_i\ I_i$

Faraday relacionou a força eletromotriz induzida com o fluxo magnético pela expressão da Lei de Faraday:

$\varepsilon_i\ =\ \dfrac{|\Delta\Phi|}{\Delta t}$

Assim, quanto mais rapidamente variar o fluxo magnético, maior será a força eletromotriz induzida.

Exemplo

Uma espira de $20\ cm^2$ é colocada sob o efeito de um campo magnético uniforme de $2{,}5\times10^{-2}\ T$ . O campo elétrico demora $2\ ms$ a mudar de posição, variando o seu ângulo com a normal à superfície de $0º$ para $45º$ . Calcula a força eletromotriz induzida.

$\varepsilon_i\ =\ \dfrac{|\Delta\Phi|}{\Delta t}\ =\ \dfrac{|\Phi_{f}-\Phi_{i}|}{\Delta t}$

Calculando o fluxo nos dois instantes:

$\Phi_{i}\ =\ B\ A\sin{\alpha}\ =\ 2{,}5\times10^{-2}\ T\times2{,}0\times10^{-3}\ m\times\sin(0º)\ =\ 0\ Wb\\\Phi_{f}\ =\ B\ A\sin{\alpha}\ =\ 2{,}5\times10^{-2}\ T\times2{,}0\times10^{-3}\ m\times\sin(45º)\ =\ 3{,}54\times10^{-5}\ Wb$

Assim, é possível calcular a força eletromotriz:

$\varepsilon_i\ =\ \dfrac{|\Phi_{f}-\Phi_{i}|}{\Delta t}\ =\ \dfrac{3{,}54\times10^{-5}\ W-0\ W}{2{,}0\times10^{-3}\ s}\ =\ 1{,}77\times10^{-2}\ V$

Transformadores de corrente

Os transformadores são dispositivos com capacidade de aumentar ou diminuir a diferença de potencial elétrico (tensão), baseando-se no princípio da indução eletromagnética.

Um transformador é constituído por:

Núcleo de ferro	Constituído por ferro, onde são enroladas as bobinas. Tem a função de aumentar o campo magnético
Primário	Bobina onde chega a corrente elétrica primária, produzindo um campo magnético variável
Secundário	Bobina onde chega a corrente induzida pela corrente primária devido à variação do campo magnético criado no primário

A relação entre a tensão no primário e no secundário é dada por:

$\dfrac{U_p}{N_p}\ =\ \dfrac{U_s}{N_s}$

Onde $U_p$ é a tensão de entrada (no primário), $U_s$ é a tensão de saída (no secundário), $N_p$ é o número de espiras do primário e $N_s$ o número de espiras no secundário.