Lei de Faraday: fórmula, unidades, experimentos, exercício,

A Lei de Faraday é um princípio fundamental da eletromagnetismo que descreve a indução eletromagnética, ou seja, a geração de corrente elétrica em um circuito devido à variação do fluxo magnético que o atravessa. A fórmula da Lei de Faraday é dada por:

E = – dΦ/dt

onde E é a força eletromotriz induzida, dΦ/dt é a variação do fluxo magnético no tempo. As unidades da força eletromotriz são volts (V).

A Lei de Faraday foi confirmada por meio de diversos experimentos, sendo um dos mais conhecidos o experimento em que um ímã é aproximado de uma espira condutora, gerando corrente elétrica no circuito.

Para compreender melhor a Lei de Faraday, é importante realizar exercícios práticos que envolvam a aplicação da fórmula e a interpretação dos resultados obtidos. Assim, é possível entender o papel fundamental que a indução eletromagnética desempenha em diversos dispositivos e tecnologias do nosso cotidiano.

Aprenda a realizar o cálculo da Lei de Faraday de forma simples e eficiente.

A Lei de Faraday é uma importante lei da física que descreve a relação entre a variação do fluxo magnético em um circuito e a corrente elétrica induzida nesse circuito. Para calcular a Lei de Faraday, é necessário usar a fórmula:

ε = -N * ΔΦ/Δt

Onde:

ε é a força eletromotriz induzida em volts (V);

N é o número de espiras do circuito;

ΔΦ é a variação do fluxo magnético em webers (Wb);

Δt é o intervalo de tempo em segundos (s).

Para realizar o cálculo da Lei de Faraday, basta substituir os valores conhecidos na fórmula e resolver a equação. É importante lembrar que a força eletromotriz induzida terá o sentido contrário à variação do fluxo magnético.

Um experimento simples para demonstrar a Lei de Faraday é mover um ímã em direção a uma bobina de fio condutor. Ao fazer isso, é possível observar a corrente elétrica induzida na bobina, de acordo com a variação do fluxo magnético. Esse experimento ajuda a compreender melhor a aplicação prática da Lei de Faraday.

Para fixar o conceito, você pode tentar resolver o seguinte exercício: uma bobina de fio condutor possui 100 espiras e a variação do fluxo magnético é de 0,5 webers em um intervalo de tempo de 2 segundos. Qual a força eletromotriz induzida na bobina?

Agora que você aprendeu a realizar o cálculo da Lei de Faraday, pratique mais exercícios e experimentos para consolidar seu conhecimento sobre esse importante princípio da física.

Experimentos realizados por Faraday para estudar eletricidade e magnetismo: descubra as descobertas mais importantes.

Michael Faraday foi um dos cientistas mais importantes da história, especialmente quando se trata do estudo da eletricidade e do magnetismo. Em seus experimentos, Faraday realizou uma série de descobertas que revolucionaram nossa compreensão desses fenômenos naturais.

Um dos experimentos mais famosos de Faraday foi o da indução eletromagnética. Ele descobriu que ao mover um ímã próximo a um circuito elétrico, uma corrente elétrica era gerada. Esse fenômeno ficou conhecido como Lei de Faraday.

Outro experimento importante foi o da eletrólise, no qual Faraday demonstrou que a eletricidade poderia ser usada para dividir substâncias químicas em seus componentes básicos. Esse experimento foi fundamental para o desenvolvimento da eletroquímica.

Além disso, Faraday também descobriu a relação entre eletricidade e magnetismo, demonstrando que um campo magnético pode induzir correntes elétricas em um circuito. Essa descoberta foi essencial para o desenvolvimento de geradores e motores elétricos.

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A Lei de Faraday é representada pela fórmula: ε = -dΦ/dt, onde ε é a força eletromotriz induzida, Φ é o fluxo magnético e dt é a variação do tempo. As unidades dessa fórmula são volts para ε, webers para Φ e segundos para dt.

Para exemplificar a aplicação da Lei de Faraday, podemos considerar um circuito elétrico no qual um ímã é movido para mais perto da bobina. A variação do fluxo magnético induz uma força eletromotriz no circuito, gerando uma corrente elétrica.

Suas descobertas abriram caminho para inúmeras inovações tecnológicas que utilizamos até hoje.

Quais foram as principais leis formuladas por Michael Faraday na ciência da física?

Michael Faraday foi um dos mais importantes físicos do século XIX e suas contribuições para a ciência da física foram vastas. Uma das principais leis formuladas por Faraday foi a Lei de Faraday, que descreve a relação entre um campo magnético variável e o surgimento de uma corrente elétrica.

A fórmula da Lei de Faraday é dada por:

ε = -dΦ/dt

Onde ε representa a força eletromotriz induzida, dΦ/dt é a variação do fluxo magnético no tempo. As unidades da força eletromotriz são volts (V) e a variação do fluxo magnético é medida em webers (Wb).

Faraday realizou diversos experimentos para comprovar sua lei, um dos mais famosos foi o da indução eletromagnética. Nesse experimento, ele demonstrou que ao variar o campo magnético em uma espira condutora, uma corrente elétrica era induzida na espira. Esse fenômeno é a base para o funcionamento dos geradores e motores elétricos.

Um exercício comum relacionado à Lei de Faraday é calcular a força eletromotriz induzida em uma espira condutora quando o fluxo magnético varia a uma determinada taxa. Esse tipo de exercício ajuda a compreender como a variação do campo magnético pode gerar uma corrente elétrica.

Suas contribuições foram fundamentais para o desenvolvimento da eletricidade e do magnetismo como áreas da física.

A importância da indução eletromagnética como complemento à Lei de Faraday.

A Lei de Faraday descreve como a variação de um campo magnético pode induzir uma corrente elétrica em um circuito. A fórmula matemática associada a essa lei é expressa por:

ε = -dΦ/dt

Onde ε representa a força eletromotriz induzida, Φ é o fluxo magnético e dt é o intervalo de tempo considerado. As unidades da força eletromotriz são volts (V) e do fluxo magnético são webers (Wb).

Experimentos práticos podem ser realizados para demonstrar a Lei de Faraday. Um exemplo é mover um ímã próximo a uma bobina de fio condutor, o que gera uma corrente elétrica no circuito. Outra possibilidade é variar a corrente que passa por uma bobina e observar a indução de um campo magnético.

Para fixar o entendimento da Lei de Faraday, um exercício simples pode ser proposto: calcular a força eletromotriz induzida em uma bobina quando o fluxo magnético através dela varia a uma taxa constante. O aluno deve aplicar a fórmula mencionada anteriormente e obter o resultado em volts.

A indução eletromagnética complementa a Lei de Faraday ao explicar como a variação de um campo magnético pode gerar uma corrente elétrica em um circuito. Esse fenômeno é fundamental em diversos aspectos da física e da tecnologia moderna, desde a geração de energia elétrica até o funcionamento de dispositivos eletrônicos.

A compreensão da indução eletromagnética amplia o alcance da Lei de Faraday, permitindo uma visão mais abrangente sobre a relação entre campos magnéticos e correntes elétricas. Esses conceitos são essenciais para o desenvolvimento de tecnologias cada vez mais avançadas e eficientes.

Lei de Faraday: fórmula, unidades, experimentos, exercício,

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A lei de Faraday no eletromagnetismo estabelece uma mudança no fluxo do campo magnético capaz de induzir uma corrente elétrica em um circuito fechado.

Em 1831, o físico inglês Michael Faraday experimentou mover condutores dentro de um campo magnético e também variar campos magnéticos que passavam por condutores fixos.

Faraday percebeu que, se ele variava o fluxo do campo magnético ao longo do tempo, era capaz de estabelecer uma tensão proporcional a essa variação. Se ε é a tensão ou força eletromotriz induzida (fem induzida) e Φ é o fluxo do campo magnético, matematicamente pode ser expresso:

| ε | = ΔΦ / Δt

Onde o símbolo Δ indica variação de quantidade e as barras na fem indicam seu valor absoluto. Por ser um circuito fechado, a corrente pode fluir em uma direção ou outra.

O fluxo magnético, produzido por um campo magnético através de uma superfície, pode variar de várias maneiras, por exemplo:

– Movendo um ímã de barra através de uma curva circular.

-Aumentar ou diminuir a intensidade do campo magnético que passa pelo loop.

-Deixando o campo fixo, mas usando algum mecanismo para alterar a área do loop.

-Combinar os métodos anteriores.

Fórmulas e unidades

Suponha-se que têm uma área de circuito fechado A como uma bobina circular ou enrolamento igual à da Figura 1, e que tem um magneto que produz um campo magnético B .

O fluxo do campo magnético Φ é uma quantidade escalar que se refere ao número de linhas de campo que passam pela área A. Na Figura 1, são as linhas brancas que deixam o polo norte do ímã e retornam do sul.

A intensidade do campo será proporcional ao número de linhas por unidade de área, para que possamos ver que é muito intenso nos pólos. Mas podemos ter um campo muito intenso que não produz fluxo no loop, o que podemos alcançar alterando a orientação do loop (ou o ímã).

Para levar em conta o fator de orientação, o fluxo do campo magnético é definido como o produto escalar entre e n , sendo  n o vetor normal unitário para a superfície do loop e indicando sua orientação:

Φ = Bn A = BA.cosθ

Onde θ é o ângulo entre B e n . Se, por exemplo, B e n são perpendiculares, o fluxo do campo magnético é zero, porque nesse caso o campo é tangente ao plano do loop e não pode atravessar sua superfície.

Por outro lado, se B e n são paralelos, significa que o campo é perpendicular ao plano do loop e as linhas cruzam-no ao máximo.

A unidade no Sistema Internacional para F é o weber (W), onde 1 W = 1 Tm 2 (leia-se “tesla por metro quadrado”).

Lei de Lenz 

Na figura 1, podemos ver que a polaridade da tensão muda à medida que o ímã se move. A polaridade é estabelecida pela lei de Lenz, que afirma que a tensão induzida deve se opor à variação que a produz.

Se, por exemplo, o fluxo magnético produzido pelo ímã aumenta, uma corrente é estabelecida no condutor, que circula criando seu próprio fluxo, que se opõe a esse aumento.

Se, por outro lado, o fluxo criado pelo ímã diminui, a corrente induzida circula de tal maneira que o fluxo apropriado neutraliza a referida diminuição.

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Para levar esse fenômeno em consideração, um sinal negativo é anexado à lei de Faraday e não é mais necessário colocar as barras de valor absoluto:

ε = -ΔΦ / Δt

Esta é a lei de Faraday-Lenz. Se a variação do fluxo for infinitesimal, os deltas serão substituídos por diferenciais:

ε = -dΦ / dt

A equação acima é válida por um turno. Mas se tivermos uma bobina de N turnos, o resultado é muito melhor, porque a fem é multiplicada N vezes:

ε = – N (dΦ / dt)

As experiências de Faraday

Para que a corrente acenda a lâmpada, deve haver um movimento relativo entre o ímã e a bobina. Essa é uma das maneiras pelas quais o fluxo pode variar, pois dessa maneira a intensidade do campo que passa pelo loop muda.

No momento em que o movimento do ímã para, a lâmpada se apaga, mesmo que o ímã seja deixado em pé no meio do loop. O que é necessário para que a corrente flua para a lâmpada é que o fluxo do campo varie.

Quando o campo magnético varia com o tempo, podemos expressá-lo como:

B = B (t).

Mantendo a área de loop A constante e deixando-a fixa em um ângulo constante, que no caso da figura é 0º, então:

Se for possível alterar a área do loop, mantendo sua orientação fixa e colocando-a no meio de um campo constante, a fem induzida é dada por:

Uma maneira de fazer isso é colocar uma barra que desliza em um trilho condutor a uma determinada velocidade, conforme mostrado na figura a seguir.

A barra e o trilho, além de uma lâmpada ou uma resistência conectada a fios condutores, formam um circuito fechado na forma de uma espiral retangular.

À medida que a barra desliza, o comprimento x aumenta ou diminui e, com ela, a área da bobina muda, o que é suficiente para criar um fluxo variável.

Variação do fluxo magnético por rotação

Como dissemos antes, se o ângulo entre B e o normal do loop for variado, o fluxo do campo muda de acordo com:

Assim, é obtido um gerador senoidal e, se em vez de uma única bobina, um número N de bobinas for usado, a fem induzida será maior:

Uma bobina circular de N gira e o raio R gira com frequência angular ω no meio de um campo magnético de magnitude B. Encontre uma expressão para a fem máxima induzida na bobina.

Solução

A expressão para a fem induzida pela rotação é aplicada quando a bobina tem N voltas, sabendo que:

-A área da bobina é A = πR 2

-O ângulo θ varia em função do tempo como θ = ωt

É importante notar que θ = ωt é primeiro substituído na lei de Faraday e depois derivado em relação ao tempo:

ε = -NBA (cos θ) ‘= -NB (πR 2 ). [cos (ωt)]’ = NBω (πR 2 ) sin (ωt)

Como a fem máxima é solicitada, isso ocorre sempre que sin ωt = 1, então finalmente:

ε max = NBω (πR 2 )

Referências

  1. Figueroa, D. 2005. Série: Física para Ciências e Engenharia. Volume 6. Eletromagnetismo. Editado por Douglas Figueroa (USB).
  2. Giambattista, A. 2010. Física. Segunda edição. McGraw Hill.
  3. Giancoli, D. 2006. Física: Princípios com Aplicações. 6 th . Ed. Prentice Hall.
  4. Resnick, R. 1999. Physics. Vol. 2. 3º Ed. Em espanhol. Empresa Editorial Continental SA de CV
  5. Sears, Zemansky. 2016. Física Universitária com Física Moderna. 14 th . Ed. Volume 2.

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