Indução eletromagnética

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Eletromagnetismo
Representação do vetor campo elétrico de uma onda eletromagnética circularmente polarizada.
Eletrostática Carga elétrica Eletricidade Lei de Coulomb Campo elétrico Fluxo elétrico Lei de Gauss Potencial elétrico Potência elétrica Indução eletrostática Momento do dipolo elétrico Densidade de polarização Lei de Ohm
História História da Física
Magnetostática Lei de Ampère Corrente elétrica Campo magnético Magnetismo Magnetização Fluxo magnético Lei de Biot–Savart Momento magnético Polarização dielétrica Lei de Gauss para o magnetismo Força magnética
Eletrodinâmica Espaço livre Força de Lorentz Força eletromotriz Indução eletromagnética Lei da indução de Faraday Lei de Lenz Corrente de deslocamento Equações de Maxwell Campo eletromagnético Radiação eletromagnética Potenciais de Liénard-Wiechert Tensor de Maxwell
Circuitos elétricos Circuito elétrico Circuito RC Circuito RLC Circuito LC Frequência de ressonância Condução elétrica Resistência elétrica Capacitância Indutância Impedância elétrica Cavidade ressonante Guias de onda Fasor Capacitor
Físicos James Clerk Maxwell Heinrich Hertz Alessandro Volta Michael Faraday Charles de Coulomb Hans Christian Ørsted Nikola Tesla André-Marie Ampère Carl Friedrich Gauss Hendrik Lorentz

A indução electromagnética é o fenômeno que origina a produção de uma força electromotriz (f.e.m. ou Tensão) num meio ou corpo exposto a um campo magnético variável, ou bem num meio móvel exposto a um campo magnético estático. É assim que, quando o dito corpo é um condutor, produz-se uma corrente induzida. Este fenómeno foi descoberto por Michael Faraday que o expressou indicando que a magnitude da tensão induzida é proporcional à variação do fluxo magnético (Lei de Faraday).

Por outro lado, Heinrich Lenz comprovou que a corrente devida ao f.e.m. induzida se opõe à mudança de fluxo magnético, de tal forma que a corrente tende a manter o fluxo. Isto é válido tanto para o caso em que a intensidade do fluxo varie, ou que o corpo condutor se mova em relação a ele.

Indução electromagnética é o princípio fundamental sobre o qual operam transformadores, geradores, motores elétricos e a maioria das demais máquinas eléctricas.

Independentemente do tipo de combustível ou fonte de energia usada para gerar energia elétrica, em quase todos os casos é gerada energia mecânica de rotação que é logo usada para gerar eletricidade.

Um exemplo é a energia eólica, uma das fontes de energia renováveis que estão a ser utilizadas para reduzir a contaminação produzida pelos combustíveis fósseis. Portugal é um dos países em que a energia eólica corresponde a uma percentagem mais elevada da energia elétrica total, com aproximadamente 9%.

O princípio que permite transformar a energia mecânica de rotação em eletricidade é a indução eletromagnética.

Campo elétrico induzido

Consideremos uma barra condutora em movimento dentro de um campo magnético uniforme, <math>\vec{B}</math>, como se mostra na figura abaixo. Sobre cada partícula com carga <math>q</math> dentro do condutor atua uma força magnética:

<math>

 \vec{F}_\mathrm{m} = q\,\vec{v}\times\vec{B}

</math>

Barra condutora em movimento, dentro de um campo magnético. A força magnética faz acumular cargas opostas nos extremos da barra.

Essa força magnética faz deslocar as cargas de condução no condutor; na situação da figura acima, ficará um excesso de cargas negativas no extremo inferior da barra, e um excesso de cargas positivas no extremo superior, independentemente do sinal das cargas de condução.

Mas se analisarmos o problema do ponto de vista do referencial S', que se desloca com o condutor, nesse referencial o condutor está em repouso e, portanto, não existe nenhuma força magnética sobre as cargas. Como se explica acumulação de cargas nos dois extremos da barra?

O problema está em que a velocidade é uma grandeza relativa, diferente em diferentes referenciais; isso implica que, para que a equação acima seja correta, é preciso alguma condição adicional que defina exclua todos os referenciais, excepto um onde a equação é válida. A segunda lei de Newton implica que as força deve ser invariante, devido a que a aceleração e a massa são invariantes.

O problema resolve-se admitindo que os campos elétrico e magnético não são invariantes. Dois observadores em dois referenciais diferentes observam diferentes valores para os campos elétrico e magnético, mas observam a mesma força eletromagnética:

<math>\vec{F} = q\left(\vec{E}+\vec{v}\times\vec{B}\right)</math>

Campo elétrico induzido pelo movimento dentro do campo magnético.

A força eletromagnética é invariante. A primeira equação é válida unicamente num referencial em que o campo elétrico seja nulo. No referencial que se desloca com a barra na figura, deverá aparecer um campo elétrico induzido:

<math>\vec{E}_\mathrm{i} = \vec{v}\times\vec{B}</math>

que produz uma força elétrica igual à força magnética observada no referencial em que a barra se desloca com velocidade relativa <math>\vec{v}</math>.(figura ao lado)

É como se existisse uma <math>\emph{fem}</math>, no condutor, igual a diferença de potencial entre os extremos.

Se o comprimento da barra for <math>L</math>, a fem induzida será:

<math>\varepsilon_i = L\,|\vec{v}\times\vec{B}|</math>