13: Indução eletromagnética
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Neste e nos próximos capítulos, você verá uma simetria maravilhosa no comportamento exibido por campos elétricos e magnéticos que variam no tempo. Matematicamente, essa simetria é expressa por um termo adicional na lei de Ampère e por outra equação chave do eletromagnetismo chamada lei de Faraday. Também discutimos como mover um fio através de um campo magnético produz um emf ou tensão.
- 13.1: Prelúdio à indução eletromagnética
- Estamos considerando campos elétricos criados por distribuições fixas de carga e campos magnéticos produzidos por correntes constantes, mas os fenômenos eletromagnéticos não estão restritos a essas situações estacionárias. A maioria das aplicações interessantes do eletromagnetismo são, de fato, dependentes do tempo. Para investigar algumas dessas aplicações, agora removemos a suposição independente do tempo que estamos fazendo e permitimos que os campos variem com o tempo.
- 13.2: Lei de Faraday
- Um emf é induzido quando o campo magnético na bobina é alterado ao empurrar uma barra magnética para dentro ou para fora da bobina. Os emfs de sinais opostos são produzidos pelo movimento em direções opostas, e as direções dos emfs também são revertidas por pólos invertidos. Os mesmos resultados são produzidos se a bobina for movida em vez do ímã — é o movimento relativo que é importante. Quanto mais rápido o movimento, maior o emf e não há emf quando o ímã está parado em relação à bobina.
- 13.3: Lei de Lenz
- A direção do emf induzido aciona a corrente em torno de um circuito de arame para sempre se opor à mudança no fluxo magnético que causa o emf. A lei de Lenz também pode ser considerada em termos de conservação de energia. Se empurrar um ímã em uma bobina causar corrente, a energia dessa corrente deve ter vindo de algum lugar. Se a corrente induzida causar um campo magnético oposto ao aumento do campo do ímã que inserimos, a situação é clara.
- 13.4: Emf emocional
- O fluxo magnético depende de três fatores: a intensidade do campo magnético, a área pela qual as linhas do campo passam e a orientação do campo com a área da superfície. Se alguma dessas quantidades variar, ocorre uma variação correspondente no fluxo magnético. Até agora, consideramos apenas as mudanças de fluxo devido a uma mudança de campo. Agora, analisamos outra possibilidade: uma mudança de área pela qual as linhas de campo passam, incluindo uma mudança na orientação da área.
- 13.5: Campos elétricos induzidos
- O fato de os emfs serem induzidos em circuitos implica que o trabalho está sendo feito nos elétrons de condução nos fios. O que pode ser a fonte desse trabalho? Sabemos que não é uma bateria nem um campo magnético, pois uma bateria não precisa estar presente em um circuito onde a corrente é induzida e os campos magnéticos nunca funcionam com cargas móveis. A resposta é que a fonte do trabalho é um campo elétrico induzido nos fios.
- 13.6: Correntes parasitas
- Um emf mocional é induzido quando um condutor se move em um campo magnético ou quando um campo magnético se move em relação a um condutor. Se a emf mocional pode causar uma corrente no condutor, nos referimos a essa corrente como uma corrente parasita.
- 13.7: Geradores elétricos e Back Emf
- Uma variedade de fenômenos e dispositivos importantes podem ser entendidos com a lei de Faraday. Nesta seção, examinamos dois deles: geradores elétricos e motores elétricos.
- 13.8: Aplicações da indução eletromagnética
- A sociedade moderna tem inúmeras aplicações da lei de indução de Faraday, como exploraremos neste capítulo e em outros. Neste momento, vamos mencionar vários que envolvem o registro de informações usando campos magnéticos.