Lei de Lenz: Desvendando Indução Magnética e superando dificuldades com Física

[Música] Olá querido Estudante eu sou professor Douglas Gomes de física e quero abordar com você nesse nosso encontro o magnetismo fenômeno da indução eletromagnética Quero convidar também você a se inscrever no nosso canal aqui no YouTube vai ser uma satisfação enorme poder contribuir positivamente com a sua formação e com a sua capacitação para resolver problemas de física Então vamos tentar entender como isso funciona para que os problemas não sejam tão complicados para nossa cabeça Então vem comigo que hoje nós vamos dar uma revisada no que é campo magnético e logo em seguida falar deste fenômeno

da indução eletromagnética vamos lá primeiro assunto que nós vamos abordar aqui é o assunto sobre Os imãs o que que é um imã imã nós podemos dizer que são pedras que amam elas são formadas de um minério chamado magnetita que foi encontrado numa região chamada magnésia né daí o nome e os fenômenos né e a parte da física que estuda os fenômenos relacionados a isso é magnetismo daí a origem do nome a primeira coisa que você precisa saber que a magnetita ela é feita de tetróxido 4 oxigênio de triferro três átomos de ferro é interessante

que essa esse imba Ele ama mas ele não ama qualquer tipo de coisa não o imã ele atrai e por isso também é atraído dado o princípio da ação e reação por três metais o ferro o níquel e o Cobalto então se você tiver qualquer material que seja feito de algum desses elementos é uma liga metálica por exemplo aço contém ferro você vai notar que um imã gruda facilmente neste tipo de material agora você também já deve ter ouvido falar nos polos de um imã como é que acontece isso Imagine que você pegue uma pedrinha

dessa um imã desse uma dessas pedras que amam né e a suspenda por um pequeno fio você vai notar que esta Pedrinha ela vai sempre se alinhar com os polos geográficos da terra esse daqui é o chamado polo norte geográfico da terra E este aqui é o Polo Sul geográfico da terra nós verificamos então que essa Pedrinha tende a se alinhar mas não é de qualquer jeito não você pode pintar um dos lados dela eu vou pintar aqui De preto uma das extremidades desta pedra e você vai verificar que é sempre esse mesmo lado que

se sente atraído pelo norte geográfico da terra por esse motivo se resolveu dar o nome para este lado do invadir polo norte do imã porque fica apontando para o norte da Terra isso é aproximado Mas é uma aproximação muito boa então vamos ver o que são esses polos dos imãs Se você pegar uma um imã desses e aproximar de outro vai notar algumas ideias interessantes eu vou começar a desenhar aqui o Polo Norte pintado de azul então Perceba o que a gente vai representar primeira coisa que você deve notar é que quando nós tentamos aproximar

dois polos de nomes diferentes eles são atraídos um pelo outro por outro lado polos de mesmo nome se repelem você já deve ter pego um pedaço de imã né ou dois pedaços de e tentou aproximar por um lado eles se repelem você não consegue aproximar por outro na hora que você vira um gruda no outro então é isso tem a ver com esse princípio da Atração e da repulsão que envolve Os imãs isso vai também te fazer perceber uma coisa o Polo Norte do imã está sendo atraído pelo norte geográfico da terra e o Polo

Sul do imã está sendo atraído pelo Polo Sul geográfico da terra você chega e se pergunta Opa será que a terra não seria um grande imã pois a resposta é sim mas os nomes dos polos é que a gente vai precisar trocar Como assim lembra que polos e nomes diferentes é que se atraem então o lado do imã que a gente chama de polo norte do imã é atraído pelo Polo Sul magnético da terra Então a gente vai mudar a nomenclatura me acompanha então o polo norte geográfico da terra corresponde aproximadamente o sul magnético do

imã terra a Terra é um grande imã e o Polo Sul geográfico da terra vai corresponder a um norte magnético do imã Terra bem você chega e fala Já entendi tudo sobre os polos do imã não ainda existe uma ideia Interessante não existe monopolo magnético como assim você nunca vai encontrar um imã de um pó do sol por esse motivo a gente diz que é impossível separar os polos do imã mas professor e se eu pegasse um imã E serrasse no meio vamos cortar esse imã bem aqui o que aconteceria com ele nós separaríamos então

Polo Sul do Polo Norte não é mesmo não não é verdade isso o que acontece é que onde você arrancou o Paulo Sul surgiu um novo Norte e de onde você arrancou o Polo Norte de novo sul então nunca vamos conseguir separar os pólos Norte e surde um imã porque não existe um único Polo né um único elemento com um único Polo de um imã né sempre haverá os dois polos magnéticos perfeito então depois de ver isso nós vamos falar um pouco sobre o que mais é capaz de ter efeitos magnéticos e mais interessante nós

vamos responder agora a questão e o que que é um campo magnético Então me acompanha então aqui temos representado um imã né um objeto imantado a gente diz que toda força que atua a distância é na verdade uma força que atua intermediada por um campo Então na verdade o que que acontece este imã não interage diretamente com outro imã um ímã gera um campo magnético no espaço em um outro imã que entrar nesse campo magnético gerado por esse primeiro vai sofrer a influência desse campo magnético Então como seriam as linhas que representam um campo magnético

é parecido com campo gravitacional ou com o campo elétrico quase eu vou representar aqui como ficaram convencionadas as linhas né e o sentido dessas linhas no caso de um campo magnético gerado por uma barra como essa que tem um polo norte e um Polo Sul a primeira coisa que você deve ter anotado aqui no nosso desenho é que as linhas que representam o campo magnético Elas têm origem no Polo Norte de um imã e elas terminam no Polo Sul do mesmo imã outra coisa interessante de observar é que o mesmo número de linhas que saem

do Polo Norte entram no Polo Sul nessas linhas elas são contínuas fechadas em si mesmos em si mesmo Por exemplo essa daqui ela vai até o infinito né e retorna para cá Isso é o que caracteriza as linhas de campo magnético também chamado linhas de indução magnética nós se fôssemos colocar aqui espalhar agulhas imantadas também conhecidas como bússolas pequenos imãs né bem leves e com um eixo orientado é aliás uma bússola nada mais é do que um pequeno ímã se um pequeno imã nessa região Eu Vou notar que ele vai se alinhar com o campo

magnético que aqui existe então isso é uma característica interessante sempre que nós colocamos um imã no local onde existe um campo magnético criado por outro ímã ele se alinha com o campo magnético deste primeiro imã Então é isso aqui que a gente tá destacando para você colocando alguns imãzinhos e mostrando que esses pequenos imãs vão poder me indicar qual é o comportamento do campo magnético gerado por este ímã maior primeiro que nós desenhamos agora se a gente viu que toda linha que nasce no norte morre no sul do lado de fora do imã por dentro

acontece o contrário dentro do imã a linha ela vai do som para o norte Olha aqui que interessante essa ideia então dentro do imã essas linhas vão fazer esse movimentozinho que eu tô colocando aqui para você ó elas são contínuas né Elas vão ter continuidade da mesma forma que eu estou aqui ilustrando pronto indo do Sul para o Norte no interior do imã para você saber que existe campo magnético no interior do próprio imã aqui perto dos polos do imã nessa região externa mais próxima aos polos do imã é onde o campo magnético vai ser

mais intenso nós costumamos representar este campo magnético por um vetor que é tangencial a estas linhas de Campo este vetor é chamado vetor campo magnético ou vetor indução magnética ele vai ser medido em Tesla que a unidade de medida né em homenagem ao cientista muito envolvido com estudo desses fenômenos bom então esse nosso encontro foi só para você conhecer o que é um campo magnético e como é que ele é gerado por um é natural agora nós vamos atrás de outros geradores de campo magnético me acompanha nessa parte nós vamos atrás de desvendar uma outra

ideia do magnetismo correntes elétricas geram campo magnético envolvendo essas correntes né a gente sabe que existe uma lei chamada lei de Ampére que vai nos ajudar em relação a isso junto de uma outra lei chamada lei de biocha Mas esse não é o objetivo Desse nosso encontro de agora nós já já vamos falar sobre a indução eletromagnética eu preciso que você se recorde do fato de que se houver uma corrente num fio usando a regra da mão direita envolvente você vai pegar este fio vou representar o nosso fio por um cano de PVC nós vamos

fazer ainda o seguinte vamos pegar nosso dedão tá aqui e vamos colocar no mesmo sentido da corrente elétrica então Eis Aqui o dedão da mesma forma que os seus dedinhos envolvem o fio o campo magnético Vai envolvê-lo a que eu representei uma mão mas só vale se for a direita Essa é a chamada regra da mão direita envolvente da mesma maneira vai acontecer se você tiver uma espira circular com uma espira circular conhecendo o sentido da corrente você sabe como é que o campo magnético que ela gera mas talvez nesse momento você esteja se perguntando

e não existe um polo norte e um Polo Sul em relação a essas histórias nessas histórias a respeito das linhas de corrente elétrica existe no caso do da espira e é o que a gente vai ver agora note então que neste desenho que nós aqui temos o campo magnético está saindo desta Face de cima e entrando na face de baixo Nada mais justo do que você dizer que aqui em cima é o Polo Norte dessa espira e aqui embaixo onde você não consegue ver é o Polo Sul você poderia ter encontrado isso né só analisando

as linhas com a regra da mão direita Veja a corrente passa por aqui você coloca sua mão direita com dedão no sentido da corrente e os dedinhos envolvendo o fio o campo magnético vai sair aqui dessa parte superior da espira e vai entrar embaixo agora eu vou te dar uma dica mais legal ainda faço o seguinte tá vendo essas duas setinhas que estão desenhando o sentido da corrente e ligue essas duas extremidades ó Deixando as pontas da seta das setas finalizadas você acabou de desenhar uma letra N E isso quer dizer que você está olhando

para o Polo Norte professor não entendi então espera pronto então eu tenho aqui desenhado para você o mesmo fenômeno Olha eu coloquei a corrente de azul para ficar mais destacado que letra é essa que você está vendo não é a letra N significa Polo Norte Ah mas se destilado é o Polo Norte e você consegue ler a letra N adivinha Que letra você vai ler do outro lado enxergou a letra s de Polo Sul Então se de um lado é o Polo Norte e você consegue enxergar a letra N do outro lado é o Polo

Sul e você consegue enxergar a letra s essa é uma dica para você então quando você tiver uma espira circular você vai poder saber qual que é o Polo Norte qual que é o Polo Sul dessa inspira com esses conhecimentos nós podemos agora adentrar no mundo da indução eletromagnética vamos juntos Observe o experimento que nós vamos fazer agora bem Aqui nós temos um imã e uma espira circular essa espira circular não está conectada a nada a não ser uma lâmpada que está apagada bem Aqui Diante dessa desse conjunto nós vamos ter um imã com Polo

Norte e Polo Sul o que que o experimento nos mostra ele nos diz que se nós deixarmos este imã parado nada vai acontecer a lâmpada está apagada e você fala mas é lógico Não tem nada para alimentar eletricamente essa lâmpada Pois é aqui que vem a parte surpreendente se nós por um acaso movimentarmos este imã a lâmpada acende mas como é que isso vai acontecer veja neste caso nós começamos a aproximar esse imã como a velocidade V do nosso da nossa inspira circular nesse instante nós notamos Como já havia dito que esta lâmpada Vai acender

e aqui fica uma pergunta interessante apareceu a energia elétrica que está sendo transformada em energia luminosa nessa espira circular isso é Possível é mas e cadê o princípio da Conservação da energia é que existe a gente sabe que a energia precisa se conservar energia não pode ser criada ela só pode ser transformada então alguma outra forma de energia deve deixar de existir para que esta lâmpada se Acenda é aqui que vem uma parte interessante na hora que essa lâmpada Se Acende ela começa a roubar energia do ímã e como é que eu tiro a energia

do imã veja que o imã agora entrou em movimento então ele tem energia cinética como é que eu oudo a energia cinética do imã freando estima Mas como é eu vou frear um imã com força magnética e a gente aprendeu que para conseguir frear né um objeto que está se movimentando é necessário que atue sobre ele uma força resultante no sentido contrário ao do movimento então deverá existir uma força magnética freando este imã tudo bem mas como é mesmo que isso vai acontecer essa expira vai se transformar num imã lembra que para acender uma lâmpada

é necessário corrente elétrica lembra também que corrente elétrica em uma inspira circular transforma essa inspira no ímã pronto então a ideia é essa nós vamos frear o movimento desse Polo Norte e para frear a aproximação de um polo norte será induzido aqui no nosso na nossa inspira um polo norte também ó Então você vai desenhar aqui aquela letra N tá lembrado do bisu que eu acabei de apresentar então uma corrente induzida deverá acontecer que justamente para conseguir frear né aproximação daquele Polo Norte então note vai haver uma repulsão entre a espira e o imã que

a gente tem por esse motivo a gente pode dizer que vai haver conservação de energia essa inspira rouba energia cinética do imã a medida que a corrente é induzida agora por que que isso acontece isso a princípio físico existe um princípio chamado lei de leis que diz o seguinte toda vez que se varia o fluxo de campo magnético aqui dentro de uma espira surge nessa expira uma corrente induzida e um eletromotriz induzida no sentido de ser contrário a variação desse fluxo né o fluxo que está relacionado a quantidade de linhas de Campo que estão passando

a área da superfície dessa espira mas nós não vamos adentrar neste âmbito eu quero que você compreenda que é o princípio da Conservação da energia que tá atuando aqui para que a lei de leis aconteça então a força magnética que vai surgir nesse caso ela vai se opor a um movimento que está provocando essa variação no fluxo e com isso vai roubar energia desse movimento para que se transforme em energia elétrica para que provoca a existência dessa corrente elétrica tá dando para acompanhar Então vou colocar aqui na lousa outros exemplos na primeira figura o imã

estava parado nessa figura nós já colocamos em movimento agora eu vou inverter o sentido dele acompanhe caso o comece a afastar esse polo norte do imã que está próximo da nossa espira eu também vou provocar variação desse fluxo de campo magnético no interior da espira eu vou fazer com que este fluxo de Campo diminua Então esse campo que está entrando na hora que eu afasto o imã vai ter menos linhas furando essa superfície por esse motivo vai surgir uma corrente elétrica induzida na nossa espira circular Mas o mais importante de você ter em mente é

que a corrente induzida vai frear o nosso imã para roubar dele a energia cinética e transformar em energia elétrica que vai ser fornecida para lâmpada Então veja como isso fica note agora que nesse exemplo para impedir o afastamento deste Polo Norte vai haver uma atração entre a espira e o imã que está se afastando aí vai frear esse movimento roubando a energia cinética que vai ser convertida em energia elétrica que por sua vez vai ser fornecida a lâmpada Note que para atrair um polo norte eu preciso de um Polo Sul induzido enquanto que aqui o

repeli ao norte com outro Norte Veja a letra n e eu conseguindo escrever a palavra Norte induzido aqui naquele outro caso vai ficar induzido um Polo Sul para frear o movimento desse Norte e você fala Professor só vai funcionar isso se eu tiver Polo Norte envolvido do ímã se aproximando se afastando não isso funciona para qualquer circunstância quer seja um polo norte ou sul olha os outros exemplos vem cá se nós tentarmos aqui então aproximar o Pólo Sul da espira a espira vai também roubar energia desse movimento tentando freá-lo Então vai haver uma repulsão entre

a espira e este imã agora nesta nova situação para que haja repulsão de um Polo Sul seria necessário ser induzido um Polo Sul nesse inspira Então vamos desenhar a letra s pronto a corrente induzida deverá ter este sentido o sentido horário já se eu tentar afastar este Polo Sul para impedir o afastamento deste Polo Sul ele deverá ser atraído assim roubando a energia cinética deste imã transformando esta energia cinética do imã em energia elétrica para acender a lâmpada veja mesmo a distância para que a gente freia esse som deverá ser induzido um polo que atrai

um Polo Sul é um polo norte então este vai ser o sentido da nossa corrente induzida Então você já se perguntou por que que deve existir corrente alternada na sua casa é porque a maior parte dos processos de geração de energia elétrica está relacionado com o processo de indução eletromagnética veja que se nós quisermos ficar mantendo essa corrente constantemente nós devemos manter esse imã sempre em movimento fazendo uma outra força para compensar a força magnética que o imã tá roubando né Tá utilizando para roubar energia cinética do imã né a nossa inspira vai roubando a

energia cinética do imã a gente tem que compensar isso então um jeito de a gente manter este imã em movimento deixando uma corrente elétrica acontecendo na espira sempre seria fazendo em uma ir e voltar e voltar só que nesse movimento de e volta do imã nós teríamos uma corrente induzida alternada então a maior parte dos nossos sistemas de geração principalmente nas hidrelétricas envolve esse processo de vai e vem de um imã próximo a não simplesmente uma espira lá se enrolam as espiras formando gigantescas bobinas que vão transformar em energia mecânica né já que você vai

ter que ficar fazendo uma força para empurrar e trazer mecânicamente em energia elétrica é assim que funcionam os princípios os princípios das hidrelétricas tá dando para acompanhar existem ainda outras formas de você conseguir variar o fluxo magnético no interior de uma espira outra forma além de movimentar Os imãs seria você simplesmente girar essa inspira o simples fato de você girar a espira iria modificar a quantidade de linhas que a estariam atravessando fazendo assim uma alteração do fluxo outra maneira seria você pegar essa inspira aí comprimir ou alargar mudando a área existem vários problemas a respeito

disso e você pode encontrar a solução para eles dando uma boa conferida em um livro de física a eletromotriz induzida para conseguir fazer isso está de acordo com a Lei de Faraday Newman vamos fazer só mais um exemplo para a gente fechar esse nosso assunto então Me acompanhe Esse é o problema do trilho e de um imã nós vamos ter aqui um imã só representei o Polo Norte porque não caberia no desenho ímã bem grande que vai gerar um campo magnético que vai passar por esta mesa onde você tem dois Trilhos e uma barra de

um comprimento L e qualquer a gente sabe que essas linhas de Campo que vem aqui do imã vem subindo aqui e vem atravessando essa mesa mas nós temos uma espira retangular aqui fechadinha apenas nessa região se nós variarmos o fluxo de campo magnético no interior dessa inspira que a gente tá vendo aqui nós vamos provocar o surgimento de uma corrente induzida Mas como isso aconteceria note eu peguei e coloquei um bloco para puxar fazer uma força puxando essa barra Suponha que a força perfeita puxando essa barra seja uma força de tração FT a existência dessa

força de tração vai variar a quantidade de linhas né Eu já que vai aumentando a área mas linhas vão ser vão atravessar esta espira que nós temos aqui e a gente já viu que na natureza vai surgir uma força magnética para se opor a este movimento aqui nós vamos ter de usar uma outra regra chamada regra da mão direita espalmada para que haja uma corrente elétrica né que exista sobre essa corrente uma força contrária esse movimento porque note essa força vai produzir um movimento dessa barra Então esse movimento é que vai provocar variação do fluxo

magnético aqui então deve surgir uma força magnética para fre esse movimento e como é que atuaria uma força magnética sobre um fio aí é a chamada regra da mão direita espalmada a gente coloca os dedinhos no sentido do campo magnético existente que são essas linhas de vermelho e a palma da mão como se a gente fosse dar uma palmada no sentido da força ó dando esta palmada então Os Dedinhos no sentido do campo só vale a mão direita se você Canhoto não use a mão esquerda então usando a mão direita as linhas de Campo estão

para cima a palmada da força magnética deve ser para lá para frear esse movimento que tá variando o nosso fluxo então a corrente que vai surgir induzida tem que estar no sentido do dedão ó que o dedão ó percebeu note ó tapinha Campos o dedão então a corrente induzida vai ter esta direção e este sentido e dessa forma a gente vai acender a lâmpada enquanto mantiver esta Barra em movimento vai passar corrente elétrica por ela bem querido estudante aqui nós terminamos essa abordagem a respeito do processo de indução eletromagnética espero vê-lo em outro encontro aí

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