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INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA E O TRANSFORMADOR
I - Introdução
Sabemos que a passagem de uma corrente elétrica cria um campo magnético em torno do condutor através do qual
ela flui. Esta descoberta de Oersted em 1819 levou os cientistas a desejar saber se também poderia ser possível, de alguma
forma, inverter o processo e excitar o fluxo de corrente num circuito por meio de um campo magnético. As experiências
iniciais para demonstrar tal efeito não foram bem sucedidas, porque a princípio não se sabia que os fluxos magnéticos
estacionários não induzem qualquer f.e.m. ou fluxo de corrente num circuito. Somente por volta de 1831 descobriu-se que
uma corrente elétrica poderia ser gerada magneticamente, mas que tal efeito é observado apenas quando o fluxo magnético
através do circuito varia com o tempo. Este efeito é referido como indução eletromagnética, e as correntes e f.e.ms.
induzidas. A indução eletromagnética foi descoberta de forma independente e praticamente simultânea pelo físico britânico
Michael Faraday (1791-1867) e por Joseph Henry (1797-1878), que foi o primeiro de uma longa série de físicos americanos
de renome.
Ambos observaram que quando uma corrente que varia no tempo flui num dado circuito, o próprio campo
magnético do circuito atua para induzir uma f.e.m. neste mesmo circuito, cujos efeitos são opostos à f.e.m. externa que faz a
corrente variar em primeiro lugar. Este efeito é geralmente chamado de auto-indução. Eles estudaram também as f.e.ms. e
correntes induzidas numa bobina, por correntes que variam com o tempo fluindo numa outra bobina próxima e acharam que
as f.e.ms. muito grandes, induzidas, poderiam ser excitadas numa bobina que tivesse um grande número de voltas de fios,
por uma f.e.m. menor, que variasse com o tempo, numa bobina que consistisse de relativamente poucas voltas. Deste modo,
eles construíram as primeiras bobinas de indução, as contrapartes precisas das usadas nos carros movidos a gasolina para
excitar as velas, e inventaram os princípios sobre as quais o transformador opera.
A física básica que constitui o fundamento da produção de forças eletromotrizes e correntes induzidas através da
variação de fluxos magnéticos pode ser entendida considerando-se exemplos onde os circuitos estão sujeitos a fluxos
magnéticos que variam com o tempo.
Os resultados experimentais de Faraday e Henry, no que diz respeito à produção de f.e.ms. e correntes induzidas,
podem ser resumidos na seguinte observação: sempre que há um fluxo magnético que varia com o tempo através de um
circuito, uma f.e.m. é induzida no circuito, sendo o módulo desta diretamente proporcional à taxa de variação do fluxo
magnético em relação ao tempo.
Esta definição é conhecida como lei de Indução de Faraday.
O fluxo magnético pode ser definido por:
φµ=∫!!
BdS
N
S
.(1)
onde S representa uma certa área através da qual se que determinar o fluxo de !
B, dS representa o elemento de área e !
µN é
o vetor normal à superfície S em cada ponto.
Matematicamente, a Lei de Faraday pode ser representada por:
ε
φ
µ=− = ∫
d
dt
d
dt BdS
N
!!
.(2)
onde ε representa a f.e.m. induzida magneticamente no circuito.
Imagine agora uma certa situação da área S escolhida em relação ao campo B na qual a integral de (2) pudesse ser
representada por B.A.cosθ, onde A é a área da superfície S e θ o ângulo entre o campo magnético e a normal ao plano (por
exemplo, quando calculamos o fluxo φ num plano inclinado de um ângulo θ em relação a um campo B igual em todos os
pontos numa certa região do espaço). Neste caso, a expressão (2) ficaria:
ε
φ
θ=− =
d
dt
d
dt BA(..cos) (3)
Esta expressão deixa claro que existem 3 formas de sevarial o fluxo e, portanto, induzir a f.e.m.:
i. variando-se o módulo de !
B em relação ao tempo
ii. variando-se a área da superfície S encerrada pelo circuito
iii. variando-se o ângulo θ da inclinação de S em relação a !
B
A situação apresentada no item iii é o caso dos dínamos ou geradores que convertem energia mecânica em elétrica
através da rotação de uma espira ou conjunto de espiras, por exemplo, na presença de um campo magnético constante.
