A indução eletromagnética é definida como a indução de uma força eletromotriz (voltagem) em um meio ou corpo próximo devido à presença de um campo magnético variável. Esse fenômeno foi descoberto pelo físico e químico britânico Michael Faraday, no decorrer do ano de 1831, por meio da lei de indução eletromagnética de Faraday.
Faraday realizou testes experimentais com um ímã permanente envolvido por uma bobina de fio e observou a indução de uma tensão na referida bobina e a circulação de uma corrente subjacente.
Michael Faraday
Esta lei afirma que a tensão induzida em um circuito fechado é diretamente proporcional à taxa de variação do fluxo magnético conforme ele passa por uma superfície, em relação ao tempo. Assim, é possível induzir a presença de uma diferença de voltagem (voltagem) em um corpo adjacente devido à influência de campos magnéticos variáveis.
Por sua vez, esta tensão induzida dá origem à circulação de uma corrente correspondente à tensão induzida e à impedância do objeto de análise. Este fenômeno é o princípio de ação dos sistemas de potência e dispositivos de uso diário, tais 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 modelagens matemáticas que permitem replicar este tipo de fenômenos e prever seu comportamento.
Fórmula
Para calcular os parâmetros elétricos (tensão, corrente) associados ao fenômeno da indução eletromagnética, primeiramente é necessário definir qual é o valor da indução magnética, atualmente conhecido como campo magnético.
Para saber qual é o fluxo magnético que passa por uma determinada superfície, deve-se calcular o produto da indução magnética por essa área. Assim:
Onde:
Φ: Fluxo magnético
B: indução magnética
S: Superfície
A Lei de Faraday indica que a força eletromotriz que é induzida em corpos vizinhos é dada pela taxa de variação do fluxo magnético em relação ao tempo, conforme detalhado abaixo:
Onde:
ε: Força eletromotriz
Ao substituir o valor do fluxo magnético na expressão anterior, temos o seguinte:
Se integrais são aplicadas a ambos os lados da equação para delimitar um caminho finito para a área associada ao fluxo magnético, uma aproximação mais precisa do cálculo necessário é obtida.
Além disso, o cálculo da força eletromotriz em um circuito fechado também é limitado desta forma. Assim, ao aplicar a integração em ambos os membros da equação, obtém-se que:
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.
Um tesla é equivalente à indução magnética uniforme que produz um fluxo magnético de 1 weber sobre uma superfície de um metro quadrado.
De acordo com o Sistema Cegesimal de Unidades (CGS), a unidade de medida para 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 para indução magnética deve seu nome ao engenheiro, físico e inventor servo-croata Nikola Tesla. Recebeu esse nome em meados da década de 1960.
Como funciona?
É chamado de indução porque não há conexão física entre os elementos primários e secundários; conseqüentemente, tudo acontece por meio de conexões indiretas e intangíveis.
O fenômeno da indução eletromagnética ocorre devido à interação das linhas de força de um campo magnético variável sobre os elétrons livres de um elemento condutor próximo.
Para isso, o objeto ou meio no qual a indução ocorre deve ser disposto perpendicularmente às linhas de força do campo magnético. Dessa forma, a força exercida sobre os elétrons livres é maior e, conseqüentemente, a indução eletromagnética é muito mais forte.
Por sua vez, a direção de circulação da corrente induzida é dada pela direção dada pelas linhas de força do campo magnético variável.
Por outro lado, existem três métodos através dos quais o fluxo do campo magnético pode ser variado para induzir uma força eletromotriz em um corpo ou objeto próximo:
1- Modificar o módulo do campo magnético, através de 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 tenha sido modificado, uma força eletromotriz é induzida no objeto vizinho que, dependendo da resistência à circulação de corrente que possui (impedância), produzirá uma corrente induzida.
Nessa ordem de ideias, a proporção da referida corrente induzida será maior ou menor que a corrente primária, dependendo da configuração física do sistema.
Exemplos
O princípio da indução eletromagnética é a base da operação dos transformadores de tensão elétrica.
A relação de transformação de um transformador de potencial (redutor ou redutor) é dada pelo número de enrolamentos que cada enrolamento do transformador possui.
Assim, dependendo do número de bobinas, a tensão no secundário pode ser maior (transformador elevador) ou menor (transformador abaixador), dependendo da aplicação dentro do sistema elétrico interligado.
Da mesma forma, turbinas geradoras de eletricidade em centros hidrelétricos também funcionam graças à indução eletromagnética.
Nesse caso, as pás da turbina movem o eixo de rotação que está localizado entre a turbina e o gerador. Isso resulta na mobilização do rotor.
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 online.
Por meio dos dois exemplos apresentados acima, é possível detectar como a indução eletromagnética faz parte de nossas vidas em aplicações elementares da vida cotidiana.
Referências
- Indução eletromagnética (sf). Recuperado de: electronics-tutorials.ws
- Indução eletromagnética (sf). Recuperado de: nde-ed.org
- Hoje na história. 29 de agosto de 1831: a indução eletromagnética foi descoberta. Recuperado de: mx.tuhistory.com
- Martín, T. e Serrano, A. (nd). Indução magnética. Universidade Politécnica de Madrid. Madrid Espanha. Recuperado de: montes.upm.es
- Sancler, V. (sf). Indução eletromagnética. Recuperado de: euston96.com
- Wikipedia, The Free Encyclopedia (2018). Tesla (unidade). Recuperado de: es.wikipedia.org