A lei da indução eletromagnética de Faraday foi proposta em 1831 pelo cientista inglês Michael Faraday, que, a partir desta formulação, estabeleceu uma relação entre um campo magnético que varia em função do tempo e um campo elétrico induzido em consequência dessas mudanças. Utilizando esta lei, é possível obter a força eletromotriz (fem) como resultado da interação de um campo magnético em um circuito elétrico. Seu trabalho afirma que a força eletromotriz induzida em um condutor se deve à sua interação com um campo magnético que varia no tempo, e se o condutor formar um circuito fechado, uma corrente induzida é produzida.
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A força eletromotriz (fem) é comumente chamada de tensão, pois equivalente à diferença de potencial através de um circuito sem carga sendo suas unidades iguais às da tensão (Volts).
\(fem\left( {ε} \right) = \frac{{dΦ}}{{dt}}\)
Onde:
\(ε\): força eletromotriz induzida
\(\frac{{dΦ}}{{dt}}\): taxa de variação do fluxo magnético em relação ao tempo.
A lei da indução de Faraday deu uma importante contribuição ao campo da Física, pois é a base para a geração de energia elétrica, e também lançou as bases para a formulação da lei de Lenz em 1834, (que aplica o princípio da conservação da energia à indução eletromagnética). A lei de Lenz introduz, portanto, um sinal negativo à lei de Faraday, para expressar que a fem obtida a partir de um fluxo magnético variável no tempo produz uma corrente na direção oposta à mudança no fluxo que a originou:
\(fem\left( {ε} \right) = – \frac{{dΦ}}{{dt}}\)
Agora, esta força eletromotriz, quando aplicada em uma bobina (múltiplas voltas de fio), representa o produto da taxa de variação temporal do fluxo magnético pelo número de voltas na bobina:
\(fem\left( {ε} \right) = – N\frac{{dΦ}}{{dt}}\)
Onde N é o coeficiente adicional que é introduzido na lei de Lenz para estabelecer a relação com o número de voltas da bobina.
As descobertas de Faraday e a formulação de sua lei de indução apresentaram a ligação entre os campos elétrico e magnético, razão pela qual constituíram um elemento-chave nas declarações das leis de Maxwell.
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Faraday chegou à formulação da lei da indução eletromagnética, a partir de um experimento simples que consistia em um fio isolado enrolado em um tubo de papelão que representaria a bobina. Em seguida, ele inseriu um ímã pelo interior da bobina para registrar com um galvanômetro a fem induzida pelo campo magnético do ímã, a medida que cruzava a espira, ou seja, o movimento do ímã gerava um campo magnético variável no tempo, e isso, por sua vez, produziu uma tensão, ou fem induzida, que é medida com um voltímetro (ou galvanômetro).
O campo magnético representado pelo imã é equivalente àquele que pode ser produzido com outra bobina conectada a uma fonte de corrente.
Várias descobertas foram identificadas neste experimento:
• À medida que o ímã entrava, aproximando-se do centro da bobina, a tensão registrada aumentava.
• Quando o ímã estava em repouso (v = 0) dentro da bobina, nenhuma tensão foi registrada, embora o ímã produza um campo magnético.
• Na região onde o ímã passou direto pelo centro da bobina, foi registrada uma mudança imediata no sinal da tensão.
• Quando o ímã estava saindo da bobina, foi registrada uma tensão oposta àquela obtida quando o ímã entrou na bobina.
A representação gráfica deste fenômeno é mostrada na imagem a seguir:
Este gráfico mostra a variação da força eletromotriz induzida pelo movimento do ímã ao longo do interior da bobina.
Desde a publicação da lei de Faraday, até hoje, são múltiplos os usos dela derivados, entre os quais se destacam:
• Motores de corrente contínua: em sua configuração básica, este dispositivo consiste em um disco de cobre que gira entre as extremidades do ímã para produzir corrente contínua. Sua principal função é transformar energia elétrica em energia mecânica.
Quando uma corrente elétrica circula dentro de um campo magnético, o efeito das forças magnéticas faz a espira girar.
• Geradores: esses dispositivos têm função oposta a um motor elétrico, ou seja, transformam a energia do movimento em energia elétrica através do fenômeno da indução eletromagnética.
A imagem mostra os restos de uma máquina geradora usada para produzir eletricidade.
• Transformador: é um dispositivo estático composto (na sua forma mais básica) por um par de bobinas enroladas em torno de um núcleo, que contém uma bobina primária de um lado e uma bobina secundária do outro. Eles geralmente são usados para transformar uma tensão de corrente alternada em outra tensão de corrente alternada na mesma frequência.
Os transformadores elétricos são um dos principais componentes das subestações e sistemas elétricos responsáveis pela geração, transporte e distribuição de energia elétrica.
Outras aplicações dignas de nota são fogões de indução, campainhas e luzes de bicicletas.
Artigo de: Evelyn Maitee Marín. Engenheira industrial com mestrado em Ciências Físicas Aplicadas e doutorado em Ciências da Educação. Professora universitária.
Referencia autoral (APA): Marín, E. M.. (Setembro 2023). Conceito de Lei de Faraday. Editora Conceitos. Em https://conceitos.com/lei-faraday/. São Paulo, Brasil.
