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Lei de Faraday
Durante as
seções anteriores temos freqüentemente estudado um conjunto de experimentos e
modelos teóricos no sentido de encontrar uma conexão entre a eletricidade e o
magnetismo.
A seguir trataremos de um mais caso que vem esclarecer e fortalecer
as leis e teorias envolvidas nesta conexão.
Faraday,
baseando-se nos trabalhos de Oersted (1777-1851) e Ampère, em meados de 1831,
começou a investigar o efeito inverso do fenômeno por eles estudado, onde campos
magnéticos produziam correntes elétricas em circuitos.
Faraday descobriu que um
campo magnético estacionário próximo a uma bobina, também estacionária e ligada
a uma galvanômetro, não acusa a passagem de corrente elétrica.
Observou, porém,
que uma corrente elétrica temporária era registrada no galvanômetro quando o
campo magnético sofria uma variação.
Este efeito de produção de uma corrente em
um circuito, causado pela presença de um campo magnético, é chamado de indução
eletromagnética e a corrente elétrica que aparece é denominada de corrente
induzida.
O fenômeno
de indução eletromagnética está ilustrado na simulação abaixo. Existem vários
modos de se obterem correntes induzidas em um circuito, os quais enumeramos a
seguir;
- O circuito pode ser rígido e, no entanto, pode mover-se como
um todo em relação a um campo magnético, de modo que o fluxo magnético através da
área do circuito varia no decorrer do tempo.
- Sendo o campo B estacionário, o circuito pode ser deformável
de tal modo que o fluxo de B através do circuito varie no tempo.
- O circuito pode ser estacionário e indeformável, mas o campo
magnético B, dirigido para a superfície é variável no tempo.
Em resumo, em todos os três
experimentos, verificamos que o ponto chave da questão está na variação do fluxo
magnético com o tempo.
Isto se dFB/dt
é diferente de zero, então uma corrente elétrica será induzida no circuito.
Estes resultados experimentais são conhecidos como lei de Faraday. A qual pode ser enunciada da seguinte forma;
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A força eletromotriz induzida (fem) em
um circuito fechado é determinada pela taxa de variação do fluxo magnético
que atravessa o circuito.
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Esta lei é representada matematicamente pela equação;
onde 
é a força eletromotriz induzida (fem) e FB é fluxo magnético dado por;
sendo S a superfície por onde flui o campo magnético. Sabendo que a forca
eletromotriz pode ser expressa em função do campo elétrico temos que;
O sinal
negativo que aparece na equação acima lembra-nos em qual direção a fem induzida
age. O experimento mostra que :
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A fem induzida produz uma corrente cujo sentido cria campo
um campo magnético cujo sentido se opõe a variação do fluxo magnético
original. Este fenômeno é conhecido como lei de Lenz e justifica o sinal
negativo na equação (16).
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A lei de
Lenz é a garantia de que a energia do sistema se conserva. Isto significa que a
direção da corrente induzida tem que ser tal que se oponha as mudanças ocorridas
no sistema. Caso contrário, a lei de conservação de energia seria violada.
A
simulação a seguir (Fig.1) é uma representação esquemática da indução de
correntes e força eletromotriz num circuito fechado.
 Figura - Esta simulação
mostra a indução de correntes elétricas devido a
fluxo magnético variáveis no tempo.
De acordo com a
lei de Faraday uma corrente será induzida no circuito e pode ser medida com um
galvanômetro, produzindo uma variação do fluxo magnético o qual induzirá uma corrente
no circuito.
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