Indução eletromagnética: fórmula, como funciona, exemplos

A indução electromagnética é definida como a indução de uma força (tensão) electromotriz num meio ou perto do corpo, devido à presença de um campo magnético variável. Esse fenômeno foi descoberto pelo físico e químico britânico Michael Faraday, em 1831, pela lei de indução eletromagnética de Faraday.

Faraday conduziu testes experimentais com um ímã permanente cercado por uma bobina de fio e observou a indução de uma tensão nessa bobina e a circulação de uma corrente subjacente.

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Michael Faraday

Esta lei indica que a tensão induzida em um circuito fechado é diretamente proporcional à taxa de variação do fluxo magnético ao atravessar uma superfície, em relação ao tempo. Assim, é possível induzir a presença de uma diferença de tensão (tensão) em um corpo adjacente devido à influência de campos magnéticos variáveis.

Por sua vez, essa tensão induzida gera a circulação de uma corrente correspondente à tensão induzida e a impedância do objeto de análise. Esse fenômeno é o princípio de ação de sistemas e dispositivos de energia para o uso cotidiano, como: motores, geradores e transformadores elétricos, fornos de indução, indutores, baterias, etc.

Fórmula e unidades

A indução eletromagnética observada por Faraday foi compartilhada com o mundo da ciência por meio de modelagem matemática que permite replicar esses tipos de fenômenos e prever seu comportamento.

Formula

Para calcular os parâmetros elétricos (tensão, corrente) associados ao fenômeno da indução eletromagnética, você deve primeiro definir qual é o valor da indução magnética, atualmente conhecida como campo magnético.

Para saber qual é o fluxo magnético que atravessa uma determinada superfície, você deve calcular o produto da indução magnética nessa área. Assim:

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Onde:

Flux: Fluxo magnético [Wb]

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B: Indução magnética [T]

S: Superfície [m 2 ]

A lei de Faraday indica que a força eletromotriz que é induzida nos corpos circundantes é dada pela taxa de variação do fluxo magnético em relação ao tempo, conforme detalhado abaixo:

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Onde:

ε: força eletromotriz [V]

Ao substituir o valor do fluxo magnético na expressão anterior, você tem o seguinte:

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Se integrais são aplicadas a ambos os lados da equação para delimitar uma trajetória finita para a área associada ao fluxo magnético, é obtida uma aproximação mais precisa do cálculo necessário.

Além disso, dessa forma, o cálculo da força eletromotriz em um circuito fechado também é limitado. Assim, ao aplicar a integração nos dois membros da equação, obtém-se que:

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Unidade de medida

A indução magnética é medida no Sistema Internacional de Unidades (SI) em Teslas. Esta unidade de medida é representada pela letra T e corresponde ao conjunto das seguintes unidades básicas.

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Um tesla é equivalente à indução magnética de caráter uniforme que produz um fluxo magnético de 1 weber em uma superfície de um metro quadrado.

Segundo o Sistema Cegesimal de Unidades (CGS), a unidade de medida da indução magnética é o gauss. A relação de equivalência entre as duas unidades é a seguinte:

1 tesla = 10.000 gauss

A unidade de medida da indução magnética deve seu nome ao engenheiro, físico e inventor servo-croata Nikola Tesla. Foi nomeado em meados do ano de 1960.

Como funciona?

É chamado de indução porque não há conexão física entre o elemento primário e o secundário; consequentemente, tudo acontece através de conexões indiretas e intangíveis.

O fenômeno da indução eletromagnética ocorre dada a interação das linhas de força de um campo magnético variável nos elétrons livres de um elemento condutor próximo.

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Para isso, o objeto ou meio no qual ocorre a indução deve ser arranjado perpendicularmente em relação às linhas de força do campo magnético. Assim, a força exercida sobre elétrons livres é maior e, consequentemente, a indução eletromagnética é muito mais forte.

Por sua vez, a direção da circulação da corrente induzida é dada pela direção dada pelas linhas de força do campo magnético variável.

Por outro lado, existem três métodos pelos quais o fluxo do campo magnético pode ser variado para induzir uma força eletromotriz em um corpo ou objeto próximo:

1- Modifique o módulo do campo magnético, por variações na intensidade do fluxo.

2- Altere o ângulo entre o campo magnético e a superfície.

3- Modifique o tamanho da superfície inerente.

Então, uma vez que um campo magnético é modificado, uma força eletromotriz é induzida no objeto circundante que, dependendo da resistência ao fluxo de corrente que possui (impedância), produzirá uma corrente induzida.

Nessa ordem de idéias, a proporção da referida corrente induzida será maior ou menor que a primária, dependendo da configuração física do sistema.

Exemplos

O princípio da indução eletromagnética é a base da operação de transformadores de tensão elétrica.

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A taxa de transformação de um transformador de tensão (redutor ou elevador) é dada pelo número de enrolamentos que cada enrolamento do transformador possui.

Assim, dependendo do número de bobinas, a tensão secundária pode ser maior (transformador auxiliar) ou menor (transformador auxiliar), dependendo da aplicação no sistema elétrico interconectado.

Da mesma forma, as turbinas geradoras de eletricidade nos centros hidrelétricos também operam graças à indução eletromagnética.

Nesse caso, as pás da turbina mobilizam o eixo de rotação localizado entre a turbina e o gerador. Então, isso resulta na mobilização do rotor.

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Por sua vez, o rotor é composto por uma série de enrolamentos que, quando em movimento, dão origem a um campo magnético variável.

Este último induz uma força eletromotriz no estator do gerador, que é conectado a um sistema que permite que a energia gerada durante o processo seja transportada on-line.

Usando os dois exemplos descritos acima, é possível detectar como a indução eletromagnética faz parte de nossas vidas em aplicações elementares da vida cotidiana.

Referências

  1. Indução eletromagnética (sf). Recuperado de: electronics-tutorials.ws
  2. Indução eletromagnética (sf). Recuperado em: nde-ed.org
  3. Hoje na história. 29 de agosto de 1831: A indução eletromagnética foi descoberta. Recuperado de: mx.tuhistory.com
  4. Martín, T. e Serrano, A. (sf). Indução magnética. Universidade Politécnica de Madrid. Madrid Espanha. Recuperado de: montes.upm.es
  5. Sancler, V. (sf). Indução eletromagnética Recuperado de: euston96.com
  6. Wikipedia, A Enciclopédia Livre (2018). Tesla (unidade). Recuperado de: en.wikipedia.org

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