Faraday’s Law of Induction describes how an electric current produces a magnetic field and, inversamente, how a changing magnetic field generates an electric current in a conductor. O físico inglês Michael Faraday recebe o crédito por descobrir a indução magnética em 1830; no entanto, um físico americano, Joseph Henry, independentemente fez a mesma descoberta na mesma época, de acordo com a Universidade do Texas.
é impossível exagerar o significado da descoberta de Faraday., A indução magnética torna possível os motores elétricos, geradores e transformadores que formam a base da tecnologia moderna. Ao entender e usar a indução, temos uma rede elétrica e muitas das coisas que ligamos a ela.a lei de Faraday foi mais tarde incorporada nas equações de Maxwell, de acordo com Michael Dubson, um professor de Física da Universidade de Colorado Boulder., As equações de Maxwell foram desenvolvidas pelo físico escocês James Clerk Maxwell para explicar a relação entre eletricidade e magnetismo, essencialmente unindo-os em uma única força eletromagnética e descrevendo ondas eletromagnéticas que compõem ondas de rádio, luz visível e raios-X. a carga elétrica é uma propriedade fundamental da matéria, de acordo com o Instituto de tecnologia de Rochester. Embora seja difícil descrever o que ele realmente é, estamos bastante familiarizados com a forma como ele se comporta e interage com outras cargas e campos., O campo elétrico a partir de uma carga de ponto localizada é relativamente simples, de acordo com Serif Uran, um professor de física na Universidade Estatal de Pittsburg. Ele o descreve como irradiando igualmente em todas as direções, como a luz de uma lâmpada nua, e diminuindo em força como o quadrado inverso da distância (1/r2), de acordo com a Lei de Coulomb. Quando você se move duas vezes mais longe, a força do campo diminui para um quarto, e quando você se move três vezes mais longe, ele diminui para um nono. os prótons têm carga positiva, enquanto os elétrons têm carga negativa., No entanto, prótons são principalmente imobilizados dentro de núcleos atômicos, então o trabalho de transportar carga de um lugar para outro é tratado por elétrons. Elétrons em um material condutor, como um metal, são em grande parte livres para se mover de um átomo para outro ao longo de suas bandas de condução, que são as maiores órbitas de elétrons. Uma força eletromotriz suficiente (emf), ou tensão, produz um desequilíbrio de carga que pode causar elétrons mover-se através de um condutor de uma região de carga mais negativa para uma região de carga mais positiva. Este movimento é o que reconhecemos como uma corrente elétrica.,
magnetismo
a fim de compreender a Lei de indução de Faraday, é importante ter uma compreensão básica dos campos magnéticos. Comparado com o campo elétrico, o campo magnético é mais complexo. Enquanto cargas elétricas positivas e negativas podem existir separadamente, os pólos magnéticos sempre vêm em pares — um norte e um sul, de acordo com a Universidade Estadual de San Jose. Tipicamente, ímãs de todos os tamanhos — de partículas subatômicas a Ímãs de tamanho industrial a planetas e estrelas-são dipolos, o que significa que cada um tem dois pólos., Chamamos a estes pólos norte e sul, depois da direcção em que as agulhas da bússola apontam. Curiosamente, uma vez que os pólos opostos atraem, e como os pólos repelem, o pólo norte magnético da Terra é na verdade um pólo sul magnético porque atrai os pólos norte das agulhas da bússola. um campo magnético é frequentemente representado como linhas de fluxo magnético. No caso de um íman de barras, as linhas de fluxo saem do polo norte e se curvam para reentrar no Polo Sul., Neste modelo, o número de linhas de fluxo que passam através de uma dada superfície no Espaço representa a densidade do fluxo, ou a força do campo. No entanto, note-se que se trata apenas de um modelo. Um campo magnético é liso e contínuo e não consiste de linhas discretas.
campo magnético da Terra produz uma enorme quantidade de fluxo magnético, mas está dispersa ao longo de um enorme volume de espaço., Portanto, apenas uma pequena quantidade de fluxo passa por uma determinada área, resultando em um campo relativamente fraco. Em comparação, o fluxo de um íman de geladeira é pequeno em comparação com o da Terra, mas sua força de campo é muitas vezes mais forte a curta distância, onde suas linhas de fluxo são muito mais densamente embaladas. No entanto, o campo torna-se muito mais fraco à medida que você se afasta.
indução
se executarmos uma corrente eléctrica através de um fio, produzirá um campo magnético em torno do fio. A direção deste campo magnético pode ser determinada pela regra da direita., De acordo com o departamento de Física da Universidade Estadual de Buffalo de Nova Iorque, se estender o polegar e enrolar os dedos da mão direita, o polegar aponta na direcção positiva da corrente, e os dedos curvam-se na direcção norte do campo magnético.
se dobrar o fio em um loop, as linhas de campo magnético irá dobrar com ele, formando um toróide, ou forma de donut., Neste caso, seu polegar aponta na direção norte do campo magnético saindo do centro do laço, enquanto seus dedos apontam na direção positiva da corrente no laço.
If we run a current through a wire loop in a magnetic field, the interaction of these magnetic fields will exit a twisting force, or torque, on the loop causing it to rotate, according to the Rochester Institute of Technology. No entanto, ele só vai rodar até agora até que os campos magnéticos estejam alinhados. Se queremos que o laço continue a rodar, temos de inverter a direcção da corrente, que irá inverter a direcção do campo magnético a partir do laço., O loop irá então Rodar 180 graus até que seu campo esteja alinhado na outra direção. Esta é a base para o motor elétrico. inversamente, se girarmos um laço de fio num campo magnético, o campo induzirá uma corrente eléctrica no fio. A direção da corrente vai reverter a cada meia volta, produzindo uma corrente alternada. Esta é a base para o gerador elétrico. Deve-se notar aqui que não é o movimento do fio, mas sim a abertura e fechamento do laço em relação à direção do campo que induz a corrente., Quando o loop está virado para o campo, a quantidade máxima de fluxo passa através do loop. No entanto, quando o loop é virado borda-on para o campo, nenhuma linha de fluxo passa através do loop. É esta mudança na quantidade de fluxo que passa através do laço que induz a corrente.
outro experimento que podemos realizar é formar um fio em um loop e conectar as extremidades a um medidor de corrente sensível, ou galvanômetro. Se depois empurrarmos um íman de barras através do laço, a agulha no galvanómetro irá mover-se, indicando uma corrente induzida., No entanto, uma vez que paramos o movimento do íman, a corrente retorna a zero. O campo do íman só irá induzir uma corrente quando estiver a aumentar ou a diminuir. Se puxarmos o íman de volta, ele irá novamente induzir uma corrente no fio, mas desta vez estará na direção oposta.
Se fosse para colocar uma lâmpada no circuito, ele se dissiparia de energia elétrica, na forma de luz e calor, e sentimos a resistência ao movimento do ímã como nós movidos para dentro e para fora do loop. Para movermos o íman, temos de fazer um trabalho que seja equivalente à energia que está a ser usada pela lâmpada.
em mais um experimento, podemos construir dois loops de fio, conectar as extremidades de um a uma bateria com um interruptor, e conectar as extremidades do outro loop a um galvanômetro., Se colocarmos os dois loops perto um do outro em uma orientação cara-a-cara, e ligarmos a energia para o primeiro loop, o galvanômetro conectado ao segundo loop indicará uma corrente induzida e, em seguida, rapidamente retornar a zero.
o Que está acontecendo aqui é que a corrente no primeiro loop produz um campo magnético, que por sua vez induz uma corrente no segundo ciclo, mas apenas por um instante quando o campo magnético está mudando. Quando desligar o interruptor, o contador desviará momentaneamente na direcção oposta., Esta é mais uma indicação de que é a mudança na intensidade do campo magnético, e não sua força ou movimento que induz a corrente.
a explicação para isso é que um campo magnético faz com que elétrons em um condutor se movam. Este movimento é o que conhecemos como corrente elétrica. Eventualmente, porém, os elétrons atingem um ponto em que estão em equilíbrio com o campo, em que ponto eles vão parar de se mover. Então, quando o campo é removido ou desligado, os elétrons irão fluir de volta para a sua localização original, produzindo uma corrente na direção oposta.,
Ao contrário de um campo gravitacional ou elétrico, um campo dipolar magnético é uma estrutura tridimensional mais complexa que varia em força e direção de acordo com a localização onde ele é medido, então ele Requer cálculo para descrevê-lo completamente. No entanto, podemos descrever uma situação simplificada de um campo magnético uniforme, por exemplo, uma pequena seção de um campo muito grande — como ΦB = BA, onde ΦB é o valor absoluto do fluxo magnético, B é a intensidade do campo, e é uma área definida, através do qual o campo passa., Por outro lado, neste caso a força de um campo magnético é o fluxo por unidade de área, ou B = ΦB/A.
Lei de Faraday
Agora que temos uma compreensão básica do campo magnético, estamos prontos para definir a Lei de Faraday de Indução. Ele afirma que a tensão induzida em um circuito é proporcional à taxa de mudança ao longo do tempo do fluxo magnético através desse circuito. Em outras palavras, quanto mais rápido o campo magnético muda, maior será a tensão no circuito. A direção da mudança no campo magnético determina a direção da corrente.,
podemos aumentar a tensão aumentando o número de laços no circuito. A tensão induzida em uma bobina com dois loops será o dobro do que com um loop, e com três loops será Triplo. É por isso que os motores e geradores reais normalmente têm um grande número de bobinas.
em teoria, os motores e geradores são os mesmos. Se você virar um motor, ele vai gerar eletricidade, e aplicando voltagem para um gerador, ele vai fazer com que ele vire. No entanto, a maioria dos motores e geradores reais são otimizados para apenas uma função.,
transformadores
outra aplicação importante da Lei de indução de Faraday é o transformador, inventado por Nikola Tesla. Neste dispositivo, corrente alternada, que muda de direção muitas vezes por segundo, é enviada através de uma bobina enrolada em torno de um núcleo magnético. Isto produz um campo magnético em mudança no núcleo, que por sua vez induz uma corrente na segunda bobina enrolada em torno de uma parte diferente do mesmo núcleo magnético.,
a relação entre O número de espiras nas bobinas determina a relação entre a tensão entre a entrada e a saída atual. Por exemplo, se pegarmos um transformador com 100 voltas no lado da entrada e 50 voltas no lado da saída, e introduzirmos uma corrente alternada a 220 volts, a saída será de 110 volts., De acordo com a Hiperfísica, um transformador não pode aumentar a potência, que é o produto da tensão e da corrente, então se a tensão é elevada, a corrente é reduzida proporcionalmente e vice-versa. Em nosso exemplo, uma entrada de 220 volts a 10 amps, ou 2,200 watts, produziria uma saída de 110 volts a 20 amps, novamente, 2,200 watts. Na prática, os transformadores nunca são perfeitamente eficientes, mas um transformador bem projetado tipicamente tem uma perda de energia de apenas alguns por cento, de acordo com a Universidade do Texas.,
Transformers make possible the electric grid we depend on for our industrial and technological society. As linhas de transmissão inter-países operam a centenas de milhares de volts, a fim de transmitir mais energia dentro dos limites de transporte de corrente dos fios. Esta voltagem é rebaixada repetidamente usando transformadores em subestações de distribuição até chegar a sua casa, onde é finalmente rebaixado para 220 e 110 volts que pode executar o seu fogão elétrico e computador.