Lei de Faraday
A Lei de Faraday ou Lei de Indução Eletromagnética, enuncia que quando houver variação do fluxo magnético por um circuito, surgirá nele uma força eletromotriz induzida.
Este fenômeno foi observado utilizando um ímã para produzir o fluxo magnético. Quando o ímã se movimenta em relação a uma bobina (fio condutor na forma de espiras), gera uma corrente elétrica no circuito ao qual a bobina está ligada.
Na imagem, é possível observar a bobina à esquerda e o ímã à direita. A seta indica o movimento relativo entre o ímã e a bobina. Abaixo, um amperímetro indica a leitura de uma corrente elétrica: a corrente induzida pelo movimento do ímã.
Essa lei foi estabelecida por Michael Faraday, em 1831, a partir da descoberta do fenômeno da indução eletromagnética. Para sua concepção Faraday realizou inúmeros experimentos.
Sendo uma lei fundamental do eletromagnetismo, foi o ponto de partida para a construção dos dínamos e sua aplicação na produção de energia elétrica em larga escala.
Nas usinas de geração de energia elétrica, a energia mecânica produz a variação do fluxo magnético. A partir dessa variação, surge uma corrente induzida no gerador.
Abaixo, observamos o esquema de uma usina hidrelétrica. Este tipo de usina utiliza o movimento da água (energia mecânica) para gerar a variação do fluxo magnético.
Fórmula
A fórmula matemática que representa a lei de Faraday, como é utilizada atualmente, foi concebida pelo físico Alemão Franz Ernst Neumann, é indicada como:
Sendo,
ε: força eletromotriz induzida (fem) (V)
ΔΦ: variação do fluxo magnético (Wb)
Δt: intervalo de tempo (s)
O sinal negativo da fórmula indica que o sentido da fem induzida é em oposição a variação do fluxo magnético.
Exemplo
Uma espira está imersa em um campo magnético e a intensidade do fluxo magnético que a atravessa é igual a 2. 10-6 Wb. Em um intervalo de 5s a intensidade do campo magnético é reduzida a zero. Determine o valor da fem induzida na espira nesse intervalo de tempo.
Solução:
Podemos substituir os dados diretamente na fórmula da fem induzida:
Assim, surgirá na espira uma fem de 4.10-7 V
Lei de Lenz
Em 1834 o físico russo Heinrich Lenz, baseado nos trabalhos de Faraday, propôs uma regra para a definição do sentido da corrente induzida.
Com a lei de Faraday é possível determinar o valor da fem induzida em um circuito e a partir daí podemos encontrar a intensidade da corrente induzida.
Contudo, verifica-se que a corrente induzida apresenta sentidos diferentes conforme a variação do fluxo magnético.
Nesta época já era conhecido que uma corrente elétrica cria ao seu redor um campo magnético e que esse fenômeno também ocorria com a corrente induzida.
Lenz observou que o sentido deste campo depende do aumento ou da diminuição do fluxo magnético.
A lei de Lenz estabelece que o sentido do campo magnético produzido pela corrente induzida é contrário a variação do fluxo magnético.
Isto é, se o fluxo magnético aumenta, aparecerá no circuito uma corrente induzida que criará um campo magnético induzido em sentido oposto ao do campo magnético que o circuito está imerso.
Na imagem abaixo, temos um ímã se aproximando de uma espira. Essa aproximação produz um aumento do fluxo magnético através da espira.
Nesta situação, o campo magnético criado pela corrente induzida surge para anular esse aumento, portanto, tem o sentido contrário do campo magnético do ímã.
Por outro lado, se o fluxo magnético diminui, o sentido da corrente será tal que o campo produzido por ela terá o mesmo sentido do campo magnético criado pelo ímã.
Na figura abaixo, representamos agora o ímã se afastando da espira. Neste caso, o campo criado pela corrente induzida surge para impedir que ocorra redução do fluxo, logo tem o mesmo sentido do campo do íma.
Para definir o sentido da corrente induzida aplica-se a regra de Ampère.
Regra de Ampère
Esta é uma regra prática para a definição do sentido do campo magnético produzido por uma corrente.
Nesta regra usamos a mão direita, como se estivéssemos envolvendo o fio. O dedão irá apontar o sentido da corrente e os demais dedos o sentido do campo magnético.
Sugestão de Vídeo
Quer ver a Lei de Faraday e Lenz na prática? Então, confira abaixo o vídeo de experimentos realizados pelo Professor Eloir de Carli..
Para saber mais, leia também
- Magnetismo
- Indução Eletromagnética
- Fórmulas de Física
- Força Magnética
- Constante de Farada
- Gaiola de Faraday
Exercícios sobre Lei de Faraday resolvidos
Exercício 1
(Uerj - 2015) O princípio físico do funcionamento de alternadores e transformadores, comprovável de modo experimental, refere-se à produção de corrente elétrica por meio da variação de um campo magnético aplicado a um circuito elétrico.
Esse princípio se fundamenta na denominada Lei de:
a) Newton
b) Ampère
c) Faraday
d) Coulomb
Exercício 2
(Unesp - 2010) Uma das leis do Eletromagnetismo é a Lei de Indução de Faraday que, complementada com a Lei de Lenz, explica muitos fenômenos eletromagnéticos. A compreensão dessas leis e como as descrevemos têm permitido à humanidade criar aparelhos e dispositivos fantásticos, basta mencionar que elas são princípios fundamentais na geração de eletricidade. A Figura 1 mostra um desses dispositivos. Um dispositivo de segurança que permite interromper correntes elétricas em aparelhos de uso doméstico (um secador de cabelos, por exemplo) caso haja um curto-circuito no aparelho ou falha de aterramento. No esquema não está indicado o aparelho que será ligado aos fios 1 e 2. Estes passam pelo interior de um anel de ferro no qual é enrolada uma bobina sensora que, por sua vez, é conectada a um bloqueador de corrente. Se um curto-circuito ocorrer no aparelho e uma das correntes for interrompida, haverá uma corrente induzida na bobina (Lei de Indução de Faraday) que aciona o bloqueador de corrente.
A Figura 2 representa uma seção do anel de ferro (vista frontal) no qual é enrolado um fio (bobina). Um fio condutor, reto e comprido, passa pelo centro da argola e é percorrido por uma corrente I (o símbolo ⊗ designa o sentido da corrente entrando no fio 2), que aumenta com o tempo.
Qual das alternativas fornece corretamente linhas de campo do campo magnético B produzido pela corrente I e o sentido da corrente induzida i na bobina?
a)
b)
c)
d)
e)
Pratique mais exercícios sobre a Lei de Faraday (indução eletromagnética).
Veja também exercícios de Física (resolvidos) para 3º ano do ensino.
GOUVEIA, Rosimar. Lei de Faraday. Toda Matéria, [s.d.]. Disponível em: https://www.todamateria.com.br/lei-de-faraday/. Acesso em: