Vamos lembrar, primeiramente,
que cargas elétricas
geram campos elétricos.
Aprendemos também que se eu tenho
cargas em movimento,
estas cargas dão origem
a um campo magnético,
e essa é a base da Lei de Ampère.
Em 1831 Faraday
realizou algumas experiências,
e o que aprendemos
com estas experiências?
É curioso, porque Faraday
acabou descobrindo
duas novas formas,
insuspeitas até então,
de gerar campos elétricos;
ou seja, além da mera presença
das cargas elétricas,
nós temos ainda duas formas distintas
de gerar campos elétricos;
essa foi a grande descoberta
de Faraday.
Na primeira descoberta,
de acordo esta figura (tela),
Faraday tinha à disposição duas bobinas,
e percebeu que ao desligar uma delas,
surgia uma corrente elétrica
na outra bobina.
Vamos assistir a esse vídeo
que demonstra esse efeito.
Neste vídeo utilizaremos:
um suporte para pêndulo;
um imã permanente preso
a um fio de náilon,
uma bobina de 4.000 espiras,
e luzes de LED (Diodo Emissor de Luz).
Começaremos o experimento
com o imã pendurado no suporte
e, em seguida, posicionaremos a bobina
embaixo e bem próxima ao pêndulo,
mas sem que o imã toque na bobina.
Quando soltamos
o imã de certa altura,
ela transforma energia potencial
em energia cinética;
ou seja, o imã passa por cima da bobina
com determinada velocidade,
que depende da altura
que ele foi solto.
Assim, podemos ver
que as lâmpadas LED se acendem
conforme o imã passa pela bobina.
Podemos notar que o campo magnético,
ao passar pela bobina,
produz uma corrente elétrica
que faz com que as lâmpadas LED
se acendam;
quanto maior a velocidade do imã,
maior a variação do fluxo do campo
e mais intenso será o brilho
das lâmpadas LED.
Conforme o pêndulo vai perdendo
energia cinética,
menos energia elétrica é transformada.
Podemos ainda ligar os terminais
da bobina em curto circuito,
ou seja, uma situação
em que a corrente elétrica
estará máxima,
pois a resistência elétrica
estará mínima.
Nesta situação o pêndulo
passa a oscilar menos,
pois grande parte da energia cinética
do pêndulo
é transformada em energia elétrica
na bobina
devido à maior passagem
de corrente elétrica.
Se os terminais da bobina
forem abertos,
não haverá passagem
de corrente elétrica,
e desta forma o pêndulo praticamente
não perderá energia cinética.
Faremos agora outra variação
neste experimento:
posicionaremos e fixaremos
o imã na base do suporte,
e colocaremos a bobina para oscilar
como um pêndulo.
Com isso podemos mostrar
que a indução ocorre da mesma forma,
ou seja, basta que haja movimento relativo
entre a bobina e o imã,
não importando qual deles
se move em relação ao outro.
Na segunda experiência de Faraday,
Faraday colocava um disco
em uma região
na qual temos um campo
magnético estático
que não varia com o tempo.
E ele percebeu que quando
o disco de Faraday gira,
surge uma força eletromotriz,
determinada entre o centro do disco
e a sua extremidade.
Ora, vamos assistir agora
a um segundo vídeo
que é a base dessa experiência:
a construção de geradores homopolares.
Então, vamos assistir a um vídeo
que ilustra esse achado de Faraday.
Nesta demonstração veremos
como um campo magnético
pode interagir com um fio
e gerar um campo elétrico.
Para isso usaremos:
um imã permanente,
fios de ligação,
um galvanômetro,
e um aro feito com cerca de 50 espiras
de fio de cobre esmaltado
e recoberto com massa epóxi.
Começaremos o experimento
ligando o galvanômetro
nos terminais do aro ou da bobina
formada pelas espiras.
Quando pegamos o imã e o movimentamos
em frente à bobina,
notamos a presença
de uma corrente elétrica induzida,
verificada por meio do movimento
do ponteiro do galvanômetro.
Este é um dos efeitos mais importantes
do eletromagnetismo descoberto por Faraday;
a variação do fluxo de um campo magnético
induz um campo elétrico
em um fio condutor,
fazendo surgir
uma corrente elétrica.
Desta forma pode-se transformar
energia mecânica em energia elétrica,
que é o principio básico
dos geradores eletromagnéticos presentes
nas grandes usinas hidroelétricas,
termoelétricas, eólicas, entre outras.
É importante notar
que só haverá indução
de um campo elétrico
se houver variação do fluxo
do campo magnético
que atravessa as espiras do aro.
Se mantivermos o imã imóvel,
não haverá a indução
de um campo elétrico,
como podemos ver no ponteiro estático
do galvanômetro.
Além disso,
quanto mais rápido for
o movimento do imã,
maior será a indução do campo elétrico.
Estas experiências de Faraday
provocaram uma verdadeira revolução,
especialmente em relação
às tecnologias existentes até então,
para a geração de corrente elétrica.
A partir daí tivemos início
à construção de grandes geradores
de corrente alternada,
e isso mudou nossas vidas;
hoje não vivemos mais
como no século XIX por causa disso;
temos à nossa disposição
energia elétrica em casa,
e isso mudou tudo,
foi uma verdadeira
revolução tecnológica.
Nós vamos, em algum momento,
falar um pouco sobre as aplicações
das descobertas de Faraday.
A aula de hoje
será essencialmente teórica,
onde procuramos apresentar as leis
que regem os dois fenômenos
observados por Faraday.
Mas, em última análise,
Faraday descobriu
que se um condutor se move
em relação a um referencial
no qual eu tenho
um campo magnético constante,
então, este movimento
há de dar lugar
a uma força que movimenta os elétrons,
conhecida como força eletromotriz.
Na primeira experiência
estamos falando do surgimento
de um campo elétrico
resultante da variação
do campo magnético com o tempo.
Se eu tenho um campo magnético
que varia com o tempo,
isso é suficiente para dar lugar
a um campo elétrico.
Temos, portanto, aqui,
duas formas de gerar
um campo elétrico,
e é disso que trataremos
ao longo dessa aula.
