Fórmula e Unidades de Indução Eletromagnética, Como Funciona e Exemplos

O indução eletromagnética ela é definida como a indução de uma força eletromotriz (tensão) em um meio ou corpo próximo devido à presença de um campo magnético variável. Este fenômeno foi descoberto pelo físico e químico britânico Michael Faraday no ano de 1831, pela lei da indução eletromagnética de Faraday.

Faraday realizou testes experimentais com um imã permanente cercado por uma bobina de fio e observou a indução de uma voltagem na bobina e a circulação de uma corrente subjacente.

Esta lei indica que a tensão induzida em um circuito fechado é diretamente proporcional à taxa de variação do fluxo magnético ao cruzar uma superfície, em relação ao tempo. Assim, é possível induzir a presença de uma diferença de tensão (tensão) sobre 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 de sistemas de potência e dispositivos de uso diário, tais como: motores, geradores e transformadores elétricos, fornos de indução, indutores, baterias, etc.

Índice

• 1 Fórmula e unidades
  • Fórmula 1.1
  • 1.2 Unidade de medida
• 2 Como isso funciona?
• 3 exemplos
• 4 referências

Fórmula e unidades

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

Fórmula

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

Para saber o que o fluxo magnético está passando por uma determinada superfície, o produto da indução magnética deve ser calculado pela área. Então:

Onde:

Magn: Fluxo magnético [Wb]

B: indução magnética [T]

S: Superfície [m²]

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

Onde:

ε: Força eletromotriz [V]

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

Se integrais são aplicadas a ambos os lados da equação, a fim de delimitar uma trajetória finita para a área associada ao fluxo magnético, obtém-se uma aproximação mais precisa do cálculo requerido.

Além disso, o cálculo da força eletromotriz em um circuito fechado também é limitado dessa maneira. 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 de caráter uniforme que produz um fluxo magnético de 1 weber em uma superfície de um metro quadrado.

Segundo o Sistema Cegésimal de Unidades (CGS), a unidade de medida de indução magnética é 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 assim em meados do ano de 1960.

Como funciona?

É chamado de indução porque não há conexão física entre os elementos primário e secundário; consequentemente, tudo acontece por meio 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.

Para isso, o objeto ou meio no qual a indução ocorre deve ser organizado perpendicularmente com relação às linhas de força do campo magnético. Desta 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- Modifique 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 ao fluxo de corrente que ele possui (impedância), produzirá uma corrente induzida.

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

Exemplos

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

A relação 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 no secundário pode ser maior (transformador elevador) ou menor (transformador redutor), dependendo da aplicação dentro do sistema elétrico interconectado.

De maneira semelhante, as turbinas que geram eletricidade nos centros hidrelétricos também operam graças à indução eletromagnética.

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

Por sua vez, o rotor é constituído 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.

Por meio dos dois exemplos expostos anteriormente, é possível detectar como a indução eletromagnética faz parte de nossas vidas em aplicações elementares da vida cotidiana.

Referências

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