A Lei de Faraday-Lenz é um importante conceito para o estudo da indução eletromagnética, quando um campo magnético (criado por polos de ímãs) é capaz de gerar uma corrente elétrica com intensidade, direção e sentido.
Atualmente, quase 3% das questões de física do Enem abordam o tema eletromagnetismo, logo, esse tema pode ser o seu diferencial durante os testes! Continue lendo para saber mais sobre as definições e informações que estão contidas na Lei de Faraday-Lenz.
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O que é a Lei de Faraday-Lenz?
A Lei de Faraday-Lenz é a junção do estudo de dois pesquisadores: Michael Faraday e Heinrich Lenz.
O primeiro enunciado, criado por Faraday em 1831, também pode ser chamado de Lei da Indução Eletromagnética. Nesse conceito, a variação do fluxo magnético em um circuito, faz com que surja uma corrente elétrica nessa região, como será melhor discutido nos tópicos a seguir.
A lei de Lenz aparece, então, como um complemento à Indução Eletromagnética. A partir de seus experimentos, Lenz chega à conclusão de que a corrente induzida que se forma nessas situações terá sentido oposto ao da variação do fluxo magnético.
Quando em conjunto, as leis de Faraday e Lenz são o pilar do estudo eletromagnético. Existe ainda uma outra lei adicional, criada por Franz Ernst Neumann, que trata sobre a diferença de potencial (ddp) ou a força eletromotriz induzida que surge nos polos do material condutor, dentro do campo magnético.
Conceitos da Lei de Faraday-Lenz
Fluxo magnético
O fluxo magnético é uma grandeza escalar, que traz informações sobre o número de linhas de campo magnético que estão representadas em uma determinada área.
A fórmula que determina o fluxo magnético (Φ) leva em consideração o ângulo entre as linhas de campo e a normal da área em questão (θ), a intensidade do campo magnético (B) e o tamanho da área (A).
Φ = A.B.cos (θ)
Quanto Às unidades, no Sistema Internacional de Unidades:
[A] = m2 (metro ao quadrado)
[B] = T (Tesla)
[Φ] = Wb (Weber ou T.m2)
Por trás do conceito de variação do fluxo eletromagnético, é preciso compreender algumas porções chave do magnetismo: as linhas de campo magnético saem do polo norte do ímã, em direção ao polo sul. Observe, figura a seguir, como são dispostos os vetores que representam o campo magnético B.
No esquema acima, o fluxo magnético é a medida que quantifica o número de linhas que estão passando no quadrilátero A, conforme a fórmula que foi estudada anteriormente.
Indução eletromagnética
A partir da observação dos fluxos magnéticos, Faraday conseguiu observar que existe uma influência dos campos magnéticos com os campos elétricos.
Quando ocorre variação no fluxo magnético de uma área específica, forma-se ali uma força eletromotriz induzida (ε), com diferença de potencial (ddp). Essa afirmação pode ser escrita matematicamente da seguinte forma:
ε = ΔΦ / Δt
- ε é medida em V, volts;
- ΔΦ representa a variação do fluxo magnético no tempo em questão, de maneira que: ΔΦ = Φf – Φi;e
- Δt é a variação do tempo no momento observada, medida em segundos.
Depois de compreendida a lei de Faraday, Heinrich Lenz observa que a corrente elétrica formada teria sempre o sentido oposto à alteração do Φ. A melhor maneira de adicionar essa observação matematicamente foi a inversão do sinal da fórmula, que agora fica negativa, assim:
ε = – ΔΦ / Δt
Mas, afinal, por que ocorre essa inversão?
Entende-se que a corrente induzida e o campo magnético criado por ela atuam para tentar compensar a variação do fluxo magnético.
Então, quando o número de linhas de campo estão aumentando na área, o trabalho da corrente induzida é diminuir o número de linhas nesse campo. Assim, seu sentido aparece contrário ao movimento observado.
De modo semelhante, se o fluxo magnético está variando para baixo, a corrente induzida e todo o aparato eletromagnético criado terá a intenção de voltar ao maior fluxo.
Lei de Ampére
Entender a direção do campo magnético criado pela corrente induzida pode te ajudar na fixação do conteúdo. Imagine um condutor vertical, como um fio. Use sua mão direita e com os quatro dedos (indicador, médio, anelar e mínimo) envolva o sentido do campo magnético.
O sentido da corrente elétrica induzida é dado pela posição do seu dedo polegar, como você pode perceber na imagem abaixo.
Aplicações da Lei de Faraday-Lenz
A correlação das leis de Faraday-Lenz com as leis de Ohm permitem o entendimento de diversos fenômenos físicos. Quando observamos um condutor ôhmico, em que surge uma força eletromotriz induzida (ε), é possível determinar a corrente elétrica formada com a fórmula ε = R.i, em que R é a resistência em Ω (ohm) e i é a corrente elétrica induzida, em ampére (A).
Os motores elétricos utilizam os princípios da eletricidade e magnetismo juntos para produzirem suas atividades.Dentro deles existem ímãs e materiais condutores que, produzem correntes elétricas induzidas e forças eletromotriz. A partir disso, os engenheiros conseguem desenvolver dispositivos com variadas funções.
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Outros aparelhos que também usam a Lei de Faraday como princípio de funcionamento são os transformadores, que podem aumentar ou diminuir a tensão em circuitos elétricos, por meio de campo magnético oscilante.
Algumas lanternas também possuem ímãs soltos dentro delas, quando o usuário agita o objeto, altera o fluxo magnético e só então haverá luminosidade, devido a corrente elétrica induzida que se formou.
Questão de vestibular sobre a Lei de Faraday-Lenz
UFMG — Universidade Federal de Minas Gerais
A corrente elétrica induzida em uma espira circular será:
a) nula, quando o fluxo magnético que atravessa a espira for constante.
b) inversamente proporcional à variação do fluxo magnético com o tempo.
c) no mesmo sentido da variação do fluxo magnético.
d) tanto maior quanto maior for a resistência da espira.
e) sempre a mesma, qualquer que seja a resistência da espira.
Vamos observar a fórmula da Lei de Lenz e Faraday, que aborda a o surgimento da corrente elétrica.
ε = – ΔΦ / Δt
Para facilitar a compreensão, podemos recrutar a fórmula que calcula da ddp em condutores ôhmicos:ε = R.i.
Vamos, então, substituir ε por R.i:
R.i = – ΔΦ / Δt
Com essa fórmula já podemos observar que a corrente elétrica induzida é diretamente proporcional à variação do fluxo magnético com o tempo — a alternativa B está incorreta.
O sinal negativo na fórmula de Faraday-Lenz serve, justamente, para indicar que a corrente induzida surge em sentido oposto ao que ocorre a variação do fluxo magnético. Essa informação torna a alternativa C inválida.
Como a resistência e a corrente elétrica aparecem no mesmo lado da fórmula, sem que ocorra alteração de outras variáveis, se R aumenta, a tendência de i é diminuir proporcionalmente. Assim, D está incorreta também.
Com a mesma ideia do item anterior, se o valor de R se altera, sem mudanças de outros parâmetros, o valor da corrente induzida será diferente, o que invalida a opção E.
Em A, observamos que não ocorre variação do fluxo magnético. Com isso a ΔΦ=0, e a corrente elétrica será nula. Essa é a opção correta.
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