Indução eletromagnética

A indução eletromagnética é o processo de produção da corrente elétrica induzida e da força eletromotriz induzida em uma superfície quando o fluxo magnético sobre esta varia com o tempo. Ela é descrita pela lei da indução eletromagnética ou lei de Faraday.

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Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo sobre indução eletromagnética
• 2 - O que é a indução eletromagnética?
• 3 - Quais as fórmulas da indução eletromagnética?
  • → Fluxo magnético
  • → Lei de Faraday-Neumann-Lenz
  • → Força eletromotriz induzida em uma bobina de N espiras
• 4 - Indução eletromagnética e lei de Faraday-Neumann-Lenz
• 5 - Aplicações da indução eletromagnética
• 6 - Indução eletromagnética no Enem
• 7 - Exercícios resolvidos sobre indução eletromagnética

Resumo sobre indução eletromagnética

• A indução eletromagnética é um fenômeno eletromagnético explicado pela lei de Faraday-Neumann-Lenz, também chamada de lei de Faraday.
• A fórmula do fluxo magnético e a fórmula da eletromotriz são empregadas no fenômeno da indução eletromagnética.
• A indução eletromagnética é empregada em diversos elementos dos circuitos elétricos, como geradores e transformadores elétricos, além de usinas eólicas e hidrelétricas.
• A indução eletromagnética no Enem é pouco cobrada, mas, caso seja, serão questões envolvendo o seu conteúdo em situações cotidianas ou experimentais.

O que é a indução eletromagnética?

A indução eletromagnética é um fenômeno eletromagnético que provoca uma corrente elétrica induzida (corrente elétrica gerada por um campo elétrico produzido por um campo magnético) e, consequentemente, uma força eletromotriz induzida em uma superfície condutora (bobina, espira, solenoide, por exemplo), quando esta sofre variação de fluxo magnético (grandeza que varia com a magnitude do campo magnético que passa ao longo de uma superfície).

Quais as fórmulas da indução eletromagnética?

A seguir, as principais fórmulas relacionadas à indução eletromagnética.

→ Fluxo magnético

\(\phi = B \cdot A \cdot \cos\theta \)

• ϕ → fluxo magnético, ou fluxo do campo magnético, medido em Weber [Wb] ou [T∙m²].
• B → campo magnético, medido em Tesla [T].
• A → área da superfície, medida em [m²]
• θ → ângulo entre a normal ao plano da superfície e o vetor campo magnético, medido em graus [°].

→ Lei de Faraday-Neumann-Lenz

\(\epsilon = -\frac{\Delta \phi}{\Delta t} \)

• ε → força eletromotriz induzida, medida em Volt [V].
• Δϕ → variação de fluxo magnético, medida em Weber [Wb] ou [T∙m].
• Δt → variação de tempo, medida em segundos [s].

→ Força eletromotriz induzida em uma bobina de N espiras

\(\epsilon = -N \cdot \frac{\Delta \phi}{\Delta t} \)

• ε → força eletromotriz induzida, medida em Volt [V].
• N → número de espiras.
• Δϕ → variação de fluxo magnético, medida em Weber [Wb] ou [T∙m].
• Δt → variação de tempo, medida em segundos [s].

Indução eletromagnética e lei de Faraday-Neumann-Lenz

A indução eletromagnética é descrita qualitativa e matematicamente pela Lei de Faraday-Neumann-Lenz, conhecida como lei da indução eletromagnética ou simplesmente lei de Faraday, desenvolvida pelo físico e químico Michael Faraday (1791-1867), formulada matematicamente pelo cientista Franz Ernst Neumann (1798-1895) e corrigida pelo físico Heinrich Lenz (1804-1865).

A lei de Faraday-Neumann-Lenz afirma que a magnitude da força eletromotriz induzida em uma espira, bobina ou solenóide é produzida sempre e durante o tempo em que tivermos variação no fluxo magnético, além de que a corrente induzida e a força eletromotriz induzida se opõem à variação do fluxo magnético que as produziu. Para saber mais sobre a lei de Faraday-Neumann-Lenz, clique aqui.

Aplicações da indução eletromagnética

A indução eletromagnética é aplicada em diversos equipamentos eletrônicos, como motores elétricos, fornos de indução, geradores elétricos, transformadores elétricos, bobinas que geram energia elétrica, usinas eólicas, usinas hidrelétricas e muito mais.

Indução eletromagnética no Enem

A indução eletromagnética é um assunto pouco cobrado no Enem devido a sua complexidade, contudo, caso ela seja cobrada, poderá ocorrer de maneira teórica ou prática. Na maneira teórica, podemos ter questões que cobrem a sua teoria com ou sem a necessidade de cálculos ou análise de gráficos. Já no modo prático, podemos ter questões que cobrem situações do cotidiano ou situações experimentais em que temos aplicações da indução eletromagnética, como em usinas eólicas e hidrelétricas, em geradores e transformadores elétricos, ou, ainda, no fluxo magnético em uma área.

Importante: Vale lembrar que o Enem costuma cobrar a Física do cotidiano, mas é fundamental compreender as teorias e as fórmulas.

Acesse também: Quais são os conteúdos de Física que caem no Enem?

Exercícios resolvidos sobre indução eletromagnética

Questão 1

Calcule o fluxo magnético em uma espira quadrada, de aresta 0,2 m, que está sob a influência de um campo magnético de 350 T e faz um ângulo de 60º à reta normal ao plano dessa espira.

A) 3 Wb

B) 4 Wb

C) 5 Wb

D) 6 Wb

E) 7 Wb

Resolução:

Alternativa E

Calcularemos o fluxo magnético por meio da sua fórmula:

\(\phi = B \cdot A \cdot \cos{\theta}\)

\(\phi = 350 \cdot (0,2 \cdot 0,2) \cdot \cos{60^\circ} \)

\(\phi = 350 \cdot 0,04 \cdot 0,5\)

\(\phi = 7 \, \text{Wb}\)

Questão 2

Determine o valor absoluto da força eletromotriz induzida quando ocorre uma variação de fluxo magnético de 50 Wb durante 2 s.

A) 25 V

B) 30 V

C) 35 V

D) 40 V

E) 45 V

Resolução:

Alternativa A

Calcularemos a força eletromotriz induzida por meio da lei de Faraday, dada pela fórmula:

\(\epsilon = -\frac{\Delta \phi}{\Delta t}\)

\(\epsilon = -\frac{50}{2}\)

\(\epsilon = -25 \, \text{V}\)

Como queremos o valor absoluto, desconsideramos o sinal negativo, então:

\(\epsilon = 25 \, \text{V}\)

Fontes

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos da Física: Eletromagnetismo (vol. 3). 10. ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2016.

NUSSENZVEIG, Herch Moysés. Curso de física básica: Eletromagnetismo (vol. 3). Editora Blucher, 2015.