Indução eletromagnética

A aparência na indução do EMF do condutor

Se você colocar campo magnético fio e mova-o para que ele cruze as linhas de campo enquanto se move, então o fio terá força eletromotrizChamado de indução EMF.

Uma indução EMF ocorrerá no condutor mesmo que o próprio condutor permaneça estacionário e o campo magnético se mova, cruzando o condutor com suas linhas de força.

Se o condutor no qual a indução EMF é induzida estiver fechado para qualquer circuito externo, então, sob a ação deste EMF, uma corrente fluirá através do circuito, o chamado corrente de indução.

O fenômeno da indução EMF em um condutor quando ele cruza suas linhas de campo magnético é chamado de indução eletromagnética.

A indução eletromagnética é o processo inverso, ou seja, a conversão de energia mecânica em energia elétrica.

O fenômeno da indução eletromagnética é amplamente utilizado em Engenharia elétrica… O dispositivo de várias máquinas elétricas é baseado em seu uso.

A magnitude e a direção da indução EMF

Vamos agora considerar qual será o módulo e a direção da FEM induzida no condutor.

A magnitude da indução EMF depende do número de linhas de força que atravessam o fio por unidade de tempo, ou seja, da velocidade do movimento do fio no campo.

A magnitude da EMF induzida é diretamente proporcional à velocidade do movimento do condutor em um campo magnético.

A magnitude da EMF induzida também depende do comprimento da porção do fio que é atravessada pelas linhas de campo. Quanto maior a porção do condutor atravessada pelas linhas de campo, maior a fem induzida no condutor. Por fim, quanto mais forte for o campo magnético, ou seja, quanto maior for a sua indução, maior será a FEM no condutor que atravessa este campo.

Assim, o valor EMF de uma indução que ocorre em um condutor quando ele se move em um campo magnético é diretamente proporcional à indução do campo magnético, ao comprimento do condutor e à velocidade de seu movimento.

Esta dependência é expressa pela fórmula E = Blv,

onde E é a indução EMF; B — indução magnética; I é o comprimento do fio; v é a velocidade do fio.

Deve-se lembrar com firmeza que em um condutor que se move em um campo magnético, a EMF de indução ocorre apenas se esse condutor for atravessado pelas linhas do campo magnético do campo. Se o condutor se move ao longo das linhas de campo, ou seja, não se cruza, mas parece deslizar ao longo delas, nenhum EMF é induzido nele. Portanto, a fórmula acima é válida apenas quando o fio se move perpendicularmente às linhas do campo magnético.

A direção da fem induzida (assim como a corrente no fio) depende da direção na qual o fio está se movendo. Existe uma regra da mão direita para determinar a direção da EMF induzida.

Se você segurar a palma da mão direita de modo que as linhas do campo magnético entrem nela, e o polegar dobrado indicar a direção do movimento do condutor, os quatro dedos estendidos indicarão a direção da ação do EMF induzido e a direção da corrente no condutor.

regra da mão direita

Indução EMF na bobina

Já dissemos que para criar um EMF de indução em um fio, é necessário transformar o próprio fio ou o campo magnético em um campo magnético. Em ambos os casos, o fio deve ser cruzado pelas linhas do campo magnético do campo, caso contrário nenhuma fem será induzida. A fem induzida e, portanto, a corrente induzida, pode ocorrer não apenas em um fio reto, mas também em um fio torcido em uma bobina.

Ao mover-se para dentro bobinas de um ímã permanente, um EMF é induzido nele devido ao fato de que o fluxo magnético do ímã atravessa as voltas da bobina, ou seja, da mesma forma que ao mover um fio reto no campo de um ímã.

Se o ímã for lentamente abaixado na bobina, o EMF que surgir nele será tão pequeno que a agulha do dispositivo pode nem se desviar. Se, ao contrário, o ímã for inserido rapidamente na bobina, a deflexão da flecha será grande. Isso significa que a magnitude do EMF induzido e, consequentemente, a força da corrente na bobina depende da velocidade do ímã, ou seja, da rapidez com que as linhas de campo do campo cruzam as voltas da bobina. Se agora, alternadamente, inicialmente um ímã forte e depois um ímã fraco forem inseridos na bobina na mesma velocidade, você notará que com um ímã forte a agulha do dispositivo se desviará em um ângulo maior.Isso significa que a magnitude do EMF induzido e, consequentemente, a força da corrente na bobina depende da magnitude do fluxo magnético do ímã.

Finalmente, se o mesmo ímã for introduzido na mesma velocidade, primeiro em uma bobina com um grande número de voltas e depois com um número muito menor, então, no primeiro caso, a agulha do dispositivo se desviará em um ângulo maior do que em o segundo. Isso significa que a magnitude do EMF induzido e, consequentemente, a força da corrente na bobina depende do número de suas voltas. Os mesmos resultados podem ser obtidos se um eletroímã for usado em vez de um ímã permanente.

A direção da indução de EMF na bobina depende da direção do movimento do ímã. Como determinar a direção do EMF de indução, diz a lei estabelecida por E. H. Lenz.

Lei de Lenz da Indução Eletromagnética

Qualquer mudança no fluxo magnético dentro da bobina é acompanhada pelo aparecimento de um EMF de indução nela, e quanto mais rápida a mudança do fluxo magnético que penetra na bobina, maior o EMF nela.

Se a bobina na qual a indução EMF é criada for fechada para um circuito externo, então uma corrente de indução flui através de suas voltas, criando um campo magnético ao redor do fio, devido ao qual a bobina se transforma em um solenóide. Acontece que a mudança do campo magnético externo induz uma corrente induzida na bobina, que por sua vez cria seu próprio campo magnético ao redor da bobina – o campo atual.

Estudando esse fenômeno, E. H. Lenz estabeleceu uma lei que determina a direção da corrente de indução na bobina e, consequentemente, a direção da indução EMF.A fem de indução que ocorre na bobina quando o fluxo magnético muda nela cria uma corrente na bobina em tal direção que o fluxo magnético da bobina criado por esta corrente impede que o fluxo magnético externo mude.

A lei de Lenz é válida para todos os casos de indução de corrente em fios, independentemente da forma dos fios e de como a mudança no campo magnético externo é alcançada.

Quando o ímã permanente se move em relação à bobina de fio conectada aos terminais do galvanômetro, ou quando a bobina se move em relação ao ímã, uma corrente induzida é gerada.

Correntes de indução em condutores maciços

O fluxo magnético variável é capaz de induzir um EMF não apenas nas voltas da bobina, mas também em condutores metálicos maciços. Penetrando na espessura de um condutor maciço, o fluxo magnético induz nele um EMF, que cria correntes de indução. Esses chamados correntes parasitas espalhados por um fio sólido e são curto-circuitados nele.

Os núcleos dos transformadores, núcleos magnéticos de várias máquinas e dispositivos elétricos são apenas aqueles fios maciços que são aquecidos pelas correntes de indução que surgem neles. Esse fenômeno é indesejável, portanto, para reduzir a magnitude das correntes de indução, as partes de as máquinas elétricas e o núcleo do transformador não são maciços, mas consistem em folhas finas isoladas umas das outras com papel ou uma camada de verniz isolante. Portanto, o caminho de propagação das correntes parasitas ao longo da massa do condutor é bloqueado.

Mas, às vezes, na prática, as correntes parasitas também são usadas como correntes úteis. A utilização destas correntes baseia-se, por exemplo, no trabalho fornos de aquecimento por indução, medidores de eletricidade e os chamados amortecedores magnéticos de partes móveis de instrumentos elétricos de medição.

Veja também: O fenômeno da indução eletromagnética em pinturas