Lei de Lenz

 

Faraday, em seus estudos e experimentações, percebeu que a corrente induzida que aparecia no circuito mudava de sentido constantemente, ou seja, em um dado momento ela estava em um sentido em outro ela estava em sentido contrário ao primeiro. Apesar de perceber esse acontecimento, Faraday não conseguiu chegar a uma lei que indicasse como determinar o sentido da corrente induzida. Foi somente no ano de 1834, poucos anos após a publicação dos trabalhos de Faraday, que o físico russo Heinrich F.E. Lenz apresentou uma regra, atualmente conhecida como Lei de Lenz, que permite indicar o sentido da corrente induzida.

Quando um ímã se aproxima de uma espira, surge uma corrente induzida sobre ele. Essa corrente faz surgir um campo magnético, cujo sentido pode ser determinado pela regra de Àmpere. Ao aplicar essa regra verifica-se que o campo magnético tem sentido oposto ao campo magnético do ímã. Se fizermos o contrário, ao afastarmos o ímã da bobina perceberemos que a corrente induzida surge em sentido contrário à situação anterior e ao utilizar novamente a regra de Àmpere é possível perceber que o campo magnético criado pela corrente induzida tem o mesmo sentido do campo magnético do ímã.

Ao fazer essas observações Lenz concluiu que o sentido da corrente é o oposto da variação do campo magnético que lhe deu origem. Assim sendo, Lenz formulou uma lei que ficou conhecida como a Lei de Lenz e pode ser enunciada da seguinte forma:

A corrente induzida em um circuito aparece sempre com um sentido tal que o campo magnético que ele cria tende a contrariar a variação do fluxo magnético através da espira.

Por Marco Aurélio da Silva

Ondas Eletromagnéticas

As ondas são pulsos energéticos que se propagam no espaço transportando energia. Elas podem ser de dois tipos:

Ondas mecânicas: quando precisam de um meio material para se propagar; e

Ondas eletromagnéticas: que podem se propagar no vácuo. São exemplos dessas ondas: as ondas de rádio, de TV, celulares, internet, ultrassons, micro-ondas, raios x, etc.

As ondas eletromagnéticas foram descritas matematicamente pelo físico escocês James Clerk Maxwell no século XIX. Ele se baseou nas equações dos cientistas: Coulomb, Ampere, Gauss e Faraday, dando a elas uma nova visão e formando um conjunto de quatro equações que demonstram a interação entre o campo elétrico e campo magnético e suas relações com a voltagem e a corrente elétrica. Estas equações passaram a ser conhecidas como equações de Maxwell e são a base do eletromagnetismo. Maxwell também provou que a luz é uma onda eletromagnética e que todas as ondas eletromagnéticas se propagam no vácuo com a velocidade da luz (c = 3.10⁸ m/s). Todas estas contribuições, o tornaram tão importante para o eletromagnetismo, quanto Isaac Newton é para a mecânica.

Propriedades das ondas eletromagnéticas

Algumas propriedades podem ser observadas em todos as ondas eletromagnéticas, independente da forma como estas ondas foram criadas, são elas:

• Os campos elétrico e magnético são perpendiculares à direção de propagação da onda;
• O campo elétrico é perpendicular ao campo magnético;
• Os campos variam sempre na mesma frequência e estão em fase.

Observe na figura abaixo o comportamento dos campos elétrico e magnético nestas ondas:

A figura mostra a direção do campo magnético, do campo elétrico e da propagação da onda eletromagnética

Veja que enquanto o campo magnético (B) se propaga na direção z, o campo elétrico (E) se propaga na direção y. Já a onda segue na direção x todas perpendiculares entre si.

As ondas eletromagnéticas, assim como todas as ondas, são caracterizadas por três grandezas, são elas:

• Período: é o tempo que a onda leva para percorrer um ciclo;
• Frequência: é o número de ciclos por unidade de tempo, sendo a unidade de medida mais conhecida o Hertz, que corresponde a um ciclo por segundo;
• Fase: representa o avanço ou atraso da onda em relação ao ponto de origem.

O espectro eletromagnético

No espectro eletromagnético podemos encontrar o intervalo completo de todas os possíveis comprimentos de onda de radiação eletromagnética. Nele estão representadas as ondas de rádio de grandes comprimentos de onda, e consequentemente baixas frequências, até os raios gama, que possuem altíssima energia e frequência. Observe na figura abaixo o espectro eletromagnético:

O espectro eletromagnético representa todos os comprimentos de ondas existentes

Lei de Faraday

Tal lei é derivada da união de diversos princípios. A lei da indução de Faraday, elaborada por Michael Faraday em 1831, afirma que a corrente elétrica induzida em um circuito fechado por um campo magnético é proporcional ao número de linhas do fluxo que atravessa a área envolvida do circuito, por unidade de tempo. Faraday definiu essa lei de maneira verbal, usando o arcabouço de linhas de campo que ele mesmo havia desenvolvido, o que dificultou a transmissão de suas ideias no meio acadêmico. Apenas no ano de 1845 Franz Ernst Neumann escreveu a Lei em uma forma matemática:

Onde  é o fluxo, definido como:

A superfície S é qualquer superfície cuja borda seja o circuito que está sofrendo indução. Usando a definição de FEM e tornando  infinitesimal temos:2

Sendo E o campo elétrico induzido, dl é um elemento infinitesimal do circuito e dΦB/dt é a variação do fluxo magnético no tempo. Uma maneira alternativa de se representar a lei de indução é aplicar o Teorema de Stokes:

O sinal de menos é contribuição fundamental de Heinrich Lenz. A corrente induzida no circuito é de fato gerada por um campo magnético, e a lei de Lenz afirma que o sentido da corrente é o oposto da variação do campo magnético que a gera.3 Isso significa que a indução sempre se dá com o intuito de manter o campo com a mesma direção e magnitude. Caso o campo magnético aumente, surge uma corrente que gera um campo contrário, tentando impedir esse aumento. Se o campo diminui um efeito inverso acontece. Isso não significa que as correntes induzidas sejam suficientes para manter o campo magnético.

Campo e Força Magnética

Força Magnética

A força magnética é um tipo de força entre objetos, que atua mesmo que estes não estejam em contato, tal como a força gravitacional e a força elétrica. Pode ser atrativa ou repulsiva, o que fez com que antigamente (antes de 1600) fosse confundida com a força elétrica.

Existem ímanes naturais que se encontram na natureza; na Grécia antiga, as rochas extraídas nas minas da região da Magnésia eram ímanes naturais que deram origem ao termo magnetismo. Um imã tem sempre um polo norte e um polo sul. Aproximando dois polos opostos de dois ímanes, surge uma força atrativa entre os ímanes; e entre polos semelhantes a força é repulsiva.

Campo Magnético

Campos magnéticos cercam materiais em correntes elétricas e são detectados pela força que exercem sobre outros materiais magnéticos e cargas elétricas em movimento. O campo magnético em qualquer lugar possui tanto uma direção quanto uma magnitude (ou força), por tanto é um campo vetorial.

Para a física dos materiais magnéticos, veja magnetismo e magneto, mais especificamente ferromagnetismo, paramagnetismo ediamagnetismo. Para campos magnéticos constantes, como os gerados por materiais magnéticos e correntes contínuas. Um campo magnético variável gera um campo elétrico e um campo elétrico variável resulta em um campo magnético.

À luz da relatividade especial, os campos elétrico e magnético são dois aspectos inter-relacionados de um mesmo objeto, chamado de campo eletromagnético. Um campo elétrico puro em um sistema de referência é observado como uma combinação de um campo elétrico e um campo magnético em um sistema de referência em movimento em relação ao primeiro.

Na física moderna, o campo magnético e o campo elétrico são entendidos como sendo um campo fotônico. Na linguagem do Modelo Padrão a força magnética é mediada por fótons. Frequentemente esta descrição microscópica não é necessária por que a teoria clássica, mais simples e coberta neste artigo, é suficiente. A diferença é desprezível na maioria das circunstâncias.