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Atividade 10 - Lei de Faraday (1)

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Departamento de Física - UFF
Atividade 10 - Lei de Faraday - Física Experimental II
Alunos: Camila Kubo e Rogério Bernardes
Turma: CF
Lei de Faraday
Este laboratório usa o simulador Lei de Faraday da Universidade do Colorado - Boulder, sob a licença CC-BY 4.0
https://phet.colorado.edu/sims/html/faradays-law/latest/faradays-law_en.html
Se familiarize com o simulador.
Introdução
Faraday e Lenz mostraram, independentemente, que quando se altera o fluxo do
campo magnético que atravessa um circuito, surge uma força eletromotriz induzida que
dá origem a uma diferença de potencial, daí podendo aparecer uma corrente elétrica no
circuito. Este fenômeno foi denominado apropriadamente de indução magnética, e sua
importância tecnológica é muito grande. Podemos, por exemplo, citar os geradores de
eletricidade e os transformadores, todos baseados nesse fenômeno. Seja B(t) um campo
magnético variável no tempo, S uma área delimitada por um fio fechado (espira), um𝑛
→
vetor unitário perpendicular à superfície S em cada ponto e dS uma área infinitesimal
(veja a figura).
Espira em um campo
magnético variável.
O fluxo do campo magnético através da superfície S é dado pela expressão
ϕ
𝐵
𝑡( ) = ∫ 𝐵
→
(𝑡)∙𝑛 
→
𝑑𝑆
onde a integração é sobre a área limitada pela espira.
https://phet.colorado.edu/sims/html/ohms-law/latest/ohms-law_es.html
Pela Lei de Faraday, tem-se que a variação temporal do fluxo do campo magnético
através da espira induz uma fem na mesma, dada por:ε(𝑡)
ε(𝑡) =−
𝑑ϕ
𝐵
(𝑡)
𝑑𝑡
Para estudar a Lei Faraday, vamos utilizar a simulação da Lei de Faraday, onde
aparecem um ímã e duas bobinas com diferentes números de espiras.
Instruções: Abra a simulação da Lei de Faraday: em seguida, responda às perguntas
abaixo usando as evidências de suas observações.
1. Qual é a comparação entre as fem induzidas (tensão) no momento em que a borda do
imã (região mais próximas aos pólos norte e sul) inicia a entrada no interior do solenóide
de cima e; quando se move no meio dele?
R: A tensão quando o meio do ímã se move através da bobina é maior do que quando as linhas do
campo magnético mais próximas se movem através do fio por conta da distância até a bobina, que é
inversamente proporcional à intensidade da indução eletromagnética. Com isso, no segundo caso a
lâmpada brilha com mais intensidade do que o primeiro caso.
2. Repita o movimento do ímã só que desta vez fazendo que ele penetre no
solenóide de baixo (bobina com maior número de espiras).
3. Você percebe alguma diferença de tensão? Explique a razão física que suporta
sua resposta.
R: Sim. A tensão é bem maior por conta do maior número de espiras presentes na bobina, o
que causa uma força eletromagnética superior e, consequentemente, uma indução
eletromagnética mais intensa. E, nesse caso, a lâmpada alcança sua intensidade máxima. A
taxa de variação do campo magnético está sendo maior no interior das espiras.
4. Alterne a polaridade do imã clicando na parte inferior da tela de
simulação.Repita os procedimentos anteriores, primeiro em relação a pergunta
número 1. Depois em relação às perguntas 2 e 3.
5. Você percebe alguma diferença em relação as fem induzidas? Se sim, quais
seriam? Explique em detalhes a razão da existência ou inexistência de diferenças.
R: Sim. A corrente agora altera o sentido de forma com que o campo magnético atrai o imã
que está se aproximando e afasta o ímã que está se afastando. Contrariando então, os efeitos
da bateria na configuração inicial.
6. A velocidade com a qual você move o ímã para dentro das bobinas tem algum
efeito sobre a força eletromotriz (fem) induzida? Qual a razão científica que
sustenta o fato observado e alegado em sua resposta?
R: Sim. A lei de Faraday diz que a voltagem induzida é proporcional ao número de espiras no
conjunto, à área da seção transversal de cada espira e à taxa com a qual o campo magnético
varia no interior das espiras.
7. Preveja e verifique o que acontece com o brilho da lâmpada quando o imã se
aproxima da bobina de cima e depois com a bobina de baixo, mas com a mesma
velocidade nos dois casos.
R: O brilho da lâmpada aumenta conforme o ímã se aproxima do interior das bobinas. Na bobina
de cima, o brilho chega a, no máximo, aproximadamente metade do brilho da de baixo.
8. Usando só a bobina de baixo, aproxime e afaste o imã com mais ou menos a
mesma velocidade. Qual a direção da corrente? Inverta a polaridade do imã e
repita os movimentos. A direção da corrente é a mesma?
R: Ao aproximar o polo S do imã, se induz uma FEM que faz circular uma corrente no
sentido horário. Removendo o imã, se induz uma corrente no sentido anti-horário. Ao inverter
a polaridade do ímã, a direção da corrente é mantida, mas seu sentido é invertido.
9. Seria a propagação da luz no vácuo através da pela Lei de Faraday? Veja a
figura abaixo e dê sua opinião.
R: Pela Lei de Faraday, podemos observar que a variação do campo magnético produz um
campo elétrico. A direção de propagação de uma onda magnética é perpendicular e em fase à
onda de propagação elétrica, isto é, elas estão sempre em planos transversais. Faraday não
descreveu a propagação da luz no vácuo. Maxell propôs equações usando as leis de Ampère,
Coulomb e Faraday para determinar a velocidade de propagação da luz no vácuo, que é de 3 .
10^8.
CONCLUSÃO: Descreva o que você aprendeu sobre a lei de Faraday e os efeitos
causados pelo movimento de um ímã em uma bobina. Utilize as evidências que recolheu
das simulações para apoiar a sua resposta.
R: A atividade proposta e a simulação usada foram ótimas ferramentas para o aprendizado
sobre o comportamento das correntes elétricas, campos magnéticos, fluxos etc. na interação de um
ímã com bobinas. Ao responder os itens acima, os alunos conseguiram obter o conhecimento
necessário para o domínio do assunto e possível aplicação futura. Os conhecimentos sobre lei de
Faraday e os efeitos causados pelo movimento do ímã nas bobinas estão descritos nas respostas
anteriores, que foram dadas baseadas nas evidências retiradas das simulações.

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