23: Indução eletromagnética, circuitos de corrente alternada e tecnologias elétricas
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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.
- 23.0: Prelúdio à indução eletromagnética, circuitos de corrente alternada e tecnologias elétricas
- 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.
- 23.1: Circuitos RL
- Quando a tensão aplicada a um indutor é alterada, a corrente também muda, mas a mudança na corrente atrasa a mudança na tensão em um circuito RL. Em Reatância, Indutiva e Capacitiva, exploramos como um circuito RL se comporta quando uma tensão CA senoidal é aplicada.
- 23.4: Emf induzido e fluxo magnético
- Qualquer alteração no fluxo magnético Φ induz um emf — o processo é definido como indução eletromagnética.
- 23.5: Lei da Indução de Faraday - Lei de Lenz
- Os experimentos de Faraday mostraram que o emf induzido por uma mudança no fluxo magnético depende de apenas alguns fatores. Primeiro, emf é diretamente proporcional à mudança no fluxo ΔΦ. Segundo, emf é maior quando a mudança no tempo Δt é menor, ou seja, emf é inversamente proporcional a Δt. Finalmente, se uma bobina tiver N voltas, um emf será produzido que é N vezes maior do que para uma única bobina, de modo que emf seja diretamente proporcional a N.
- 23.6: Emf emocional
- Como vimos, qualquer alteração no fluxo magnético induz um emf oposto a essa mudança - um processo conhecido como indução. O movimento é uma das principais causas de indução. Por exemplo, um ímã movido em direção a uma bobina induz um emf, e uma bobina movida em direção a um ímã produz um emf semelhante. Nesta seção, nos concentramos no movimento em um campo magnético que é estacionário em relação à Terra, produzindo o que é vagamente chamado de emf mocional.
- 23.7: Correntes parasitas e amortecimento magnético
- O 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 um loop de corrente no condutor, nos referimos a essa corrente como uma corrente parasita. As correntes parasitas podem produzir um arrasto significativo, chamado amortecimento magnético, no movimento envolvido.
- 23.8: Geradores elétricos
- Geradores elétricos induzem um emf girando uma bobina em um campo magnético, conforme discutido brevemente em “Emf induzido e fluxo magnético”. Agora vamos explorar os geradores com mais detalhes. Considere o exemplo a seguir.
- 23.10: Transformadores
- Os transformadores fazem o que seu nome indica: eles transformam tensões de um valor para outro. Os transformadores também são usados em vários pontos dos sistemas de distribuição de energia. A energia é enviada a longas distâncias em altas tensões, porque menos corrente é necessária para uma determinada quantidade de energia, e isso significa menos perda de linha, conforme discutido anteriormente. Mas altas tensões representam maiores riscos, de modo que transformadores são empregados para produzir voltagem mais baixa no local do usuário.
- 23.11: Segurança Elétrica - Sistemas e Dispositivos
- A eletricidade tem dois perigos. Um risco térmico ocorre quando há superaquecimento elétrico. Um risco de choque ocorre quando a corrente elétrica passa por uma pessoa. Ambos os perigos já foram discutidos. Aqui, vamos nos concentrar em sistemas e dispositivos que evitam riscos elétricos.
Miniatura: pequeno indutor barato. (CC-SA-BY 3.0; Dominec).