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23.0: Prelúdio à indução eletromagnética, circuitos de corrente alternada e tecnologias elétricas

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    As demonstrações de simetria da natureza são lindas e sedutoras. As asas de uma borboleta exibem uma simetria atraente em um sistema complexo. (Veja a Figura 2.) As leis da física exibem simetrias no nível mais básico — essas simetrias são uma fonte de admiração e implicam um significado mais profundo. Como valorizamos muito a simetria, a procuramos quando exploramos a natureza. O mais notável é que o encontramos.

    Turbina eólica com três pás atracadas em águas rasas.
    Figura\(\PageIndex{1}\): Essas turbinas eólicas no estuário do Tamisa, no Reino Unido, são um exemplo de indução em ação. O vento empurra as pás da turbina, girando um eixo preso aos ímãs. Os ímãs giram em torno de uma bobina condutora, induzindo uma corrente elétrica na bobina e, eventualmente, alimentando a rede elétrica. (crédito: modificação da obra de Petr Kratochvil)
    A fotografia de uma borboleta com as asas abertas simetricamente é mostrada apoiada em um ramo de flores.
    Figura\(\PageIndex{2}\): A física, como essa borboleta, tem simetrias inerentes. (crédito: Thomas Bresson)

    A sugestão de simetria entre eletricidade e magnetismo encontrada no capítulo anterior será elaborada neste capítulo. Especificamente, sabemos que uma corrente cria um campo magnético. Se a natureza é simétrica aqui, então talvez um campo magnético possa criar uma corrente. O efeito Hall é uma voltagem causada por uma força magnética. Essa voltagem pode acionar uma corrente. Historicamente, logo após Oersted descobrir que as correntes causam campos magnéticos, outros cientistas fizeram a seguinte pergunta: Os campos magnéticos podem causar correntes? O experimento logo descobriu que a resposta era sim. Em 1831, cerca de 12 anos após a descoberta de Oersted, o cientista inglês Michael Faraday (1791-1862) e o cientista americano Joseph Henry (1797-1878) demonstraram de forma independente que os campos magnéticos podem produzir correntes. O processo básico de geração de emfs (força eletromotriz) e, portanto, correntes com campos magnéticos é conhecido como indução; esse processo também é chamado de indução magnética para distingui-lo do carregamento por indução, que utiliza a força de Coulomb.

    Hoje, as correntes induzidas por campos magnéticos são essenciais para nossa sociedade tecnológica. O gerador onipresente - encontrado em automóveis, bicicletas, usinas nucleares e assim por diante - usa magnetismo para gerar corrente. Outros dispositivos que usam magnetismo para induzir correntes incluem bobinas de captação em guitarras elétricas, transformadores de todos os tamanhos, certos microfones, portões de segurança de aeroportos e mecanismos de amortecimento em balanças químicas sensíveis. Talvez não seja tão familiar, mas importante, no entanto, é que o comportamento dos circuitos de corrente alternada depende fortemente do efeito dos campos magnéticos nas correntes.

    Glossário

    indução
    (indução magnética) a criação de emfs e, portanto, correntes por campos magnéticos