Durante as seções anteriores temos freqüentemente estudado um conjunto de experimentos e modelos teóricos no sentido de encontrar uma conexão entre a eletricidade e o magnetismo. A seguir trataremos de um mais caso que vem esclarecer e fortalecer as leis e teorias envolvidas nesta conexão.
Faraday, baseando-se nos trabalhos de Oersted (1777-1851) e Ampère, em meados de 1831, começou a investigar o efeito inverso do fenômeno por eles estudado, onde campos magnéticos produziam correntes elétricas em circuitos. Faraday descobriu que um campo magnético estacionário próximo a uma bobina, também estacionária e ligada a uma galvanômetro, não acusa a passagem de corrente elétrica. Observou, porém, que uma corrente elétrica temporária era registrada no galvanômetro quando o campo magnético sofria uma variação. Este efeito de produção de uma corrente em um circuito, causado pela presença de um campo magnético, é chamado de indução eletromagnética e a corrente elétrica que aparece é denominada de corrente induzida.
O fenômeno de indução eletromagnética está ilustrado na simulação abaixo. Existem vários modos de se obterem correntes induzidas em um circuito, os quais enumeramos a seguir;
- O circuito pode ser rígido e, no entanto, pode mover-se como um
todo em relação a um campo magnético, de
modo que o fluxo magnético através da área do circuito
varia no decorrer do tempo.
- Sendo o campo B estacionário, o circuito pode ser deformável
de tal modo que o fluxo de B através do circuito
varie no tempo.
- O circuito pode ser estacionário e indeformável, mas o campo
magnético B, dirigido para a superfície é variável
no tempo.
Em resumo, em todos os três experimentos, verificamos que o ponto chave da questão está na variação do fluxo magnético com o tempo. Isto se dFB/dt é diferente de zero, então uma corrente elétrica será induzida no circuito. Estes resultados experimentais são conhecidos como lei de Faraday. A qual pode ser enunciada da seguinte forma;
A força eletromotriz induzida (fem) em um circuito fechado é determinada pela taxa de variação do fluxo magnético que atravessa o circuito.
Esta lei é representada matematicamente pela equação;
onde 
é
a força eletromotriz induzida (fem) e FB é fluxo magnético
dado por;
sendo S a superfície por onde flui o campo magnético. Sabendo que a forca eletromotriz pode ser expressa em função do campo elétrico temos que;
O sinal negativo que aparece na equação acima lembra-nos em qual direção a fem induzida age. O experimento mostra que :
A fem induzida produz uma corrente cujo sentido cria campo um campo magnético cujo sentido se opõe a variação do fluxo magnético original. Este fenômeno é conhecido como lei de Lenz e justifica o sinal negativo na equação (16).
A lei de Lenz é a garantia de que a energia do sistema se conserva.
Isto significa que a direção da corrente induzida tem que ser
tal que se oponha as mudanças ocorridas no sistema. Caso contrário,
a lei de conservação de energia seria violada.
A simulação a seguir (Fig.1) é uma representação
esquemática da indução de correntes e força eletromotriz
num circuito fechado.
Figura - Esta simulação mostra a indução de correntes
elétricas devido a fluxo magnético variáveis no tempo.
De acordo com a lei de Faraday uma corrente será induzida no circuito e pode ser medida com um galvanômetro, produzindo uma variação do fluxo magnético o qual induzirá uma corrente no circuito.
Fonte: www.vestibular1.com.br
O funcionamento do transformador baseia-se na variação do fluxo magnético gerado pelo enrolamento primário. Podemos gerar tal fluxo conectando o mesmo numa fonte de corrente alternada. Se for o fluxo magnético em cada espira do enrolamento secundário, teremos pela lei de Faraday nos terminais deste último.
A lei de Faraday é uma das leis fundamentais do eletromagnetismo. Ela garante a geração de um campo magnético por um campo elétrico variável e a geração de um campo elétrico pro um campo magnético variável. Esta Lei pode ser expressa por.
Fonte: www.pet.dfi.uem.br
Segundo a lei de Faraday, se o fluxo do campo magnético através da superfície limitada por um circuito varia com o tempo, aparece nesse circuito uma força eletromotriz (fem) induzida. Matematicamente:
e = - Df / Dt
O sinal negativo expressa matematicamente a lei de Lenz, discutida adiante.
O objetivo dessa atividade é verificar a lei de Faraday aproximando e afastando um ímã de uma espira ligada a um amperímetro (Fig. 17(a)) e variando a corrente em uma espira próxima a outra espira, essa ligada a um amperímetro (Fig. 17(b)).
Como exemplo de aplicação da lei de Faraday vamos calcular a fem induzida em uma espira retangular que se movimenta entrando ou saindo, com velocidade constante, de uma região de campo magnético uniforme (Fig.18). O fluxo do campo magnético através da superfície limitada pela espira vale f = xLB e sua variação no tempo, Df/Dt = (Dx/Dt)LB = vLB. Assim:
e = vLB
e se a espira tem uma resistência R, a corrente induzida é:
i = e / R = vLB / R
Um condutor percorrido por uma corrente elétrica mergulhado numa região de campo magnético fica sob a ação de uma força dada por F = i L x B. Assim, por efeito da corrente induzida na espira, aparecem as forças F1, F2 e FM. As duas primeiras se cancelam mutuamente. A terceira é cancelada por uma força externa, necessária para manter a espira com velocidade constante. Como a força FM deve se opor à força FEXT, a corrente induzida na espira pela variação do fluxo magnético deve ter o sentido indicado na Fig.18. Esse fato constitui um exemplo particular da lei de Lenz.
Fonte: www.if.ufrgs.br
