Lei de Lenz

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2ª SÉRIE
Aula 15 – 3º bimestre
Física
Etapa Ensino Médio
Lei de Lenz
Eletromagnetismo.
Compreender a Lei de Lenz; 
Analisar a variação do fluxo magnético.
Conteúdo
Objetivos
(EM13CNT107) Realizar previsões qualitativas e quantitativas sobre o funcionamento de geradores, motores elétricos e seus componentes, bobinas, transformadores, pilhas, baterias e dispositivos eletrônicos, com base na análise dos processos de transformação e condução de energia envolvidos – com ou sem o uso de dispositivos e aplicativos digitais –, para propor ações que visem à sustentabilidade.
Mariana está explorando um conjunto de ímãs e espiras de cobre que ganhou de presente. Ela percebe que, ao aproximar o ímã da espira, consegue criar uma pequena corrente elétrica que faz acender uma luzinha conectada à espira. Da mesma forma, ao afastar o ímã da espira, também observa que a luz acende.
Curiosa com esse fenômeno, Mariana tenta manter o ímã parado em relação à espira, mas percebe que a luz não acende dessa vez.
Situação-problema
Para começar
Com base no que você conhece até agora sobre eletromagnetismo, explique o que acontece quando Mariana aproxima o ímã da espira e por que a luz acende nessa situação.
Explique também o que ocorre quando ela afasta o ímã da espira e por que a luz acende novamente.
Por que a luz não acende quando o ímã fica parado em relação à espira?
Vire e converse com seus colegas, para discutir sobre isso!
Situação-problema
Para começar
É conhecido que o fluxo magnético, expresso por ∅ = B.A.cosθ, depende de três variáveis. Se pelo menos uma delas mudar, haverá uma variação no fluxo magnético através da superfície considerada. Para ilustrar essa situação, podemos observar a figura abaixo, que representa um anel imerso em um campo magnético gerado por um ímã. 
Anel imerso em um campo 
magnético produzido por um ímã.
Variáveis que podem provocar variação do fluxo magnético
Foco no conteúdo
Observe que quando o anel se aproxima do ímã, há um aumento na intensidade do campo magnético. Isso, por sua vez, resulta em um aumento no fluxo magnético. No entanto, se houver um movimento de afastamento entre o anel e o ímã, a intensidade do campo magnético diminui, e o fluxo magnético através do anel também diminui.
Anel imerso em um campo 
magnético produzido por um ímã
Variáveis que podem provocar variação do fluxo magnético
Foco no conteúdo
Na figura A, podemos observar uma espira quadrangular. Ao reduzir a área dessa espira, como mostrado na figura B, ocorrerá uma diminuição no fluxo magnético. Isso acontece devido à redução na quantidade de linhas de indução que atravessam a espira da figura B.
Figura A: Espira quadrangular com área original
Figura B: Espira quadrangular com área reduzida
Variáveis que podem provocar variação do fluxo magnético
Foco no conteúdo
Até o momento, analisamos como o vetor de indução magnética e a área sobre a qual calculamos o fluxo magnético, podem causar variações nesse fluxo. Agora vamos examinar o papel do ângulo θ, formado entre o vetor normal ao plano da área da espira e as linhas de indução do campo magnético, para essa variação. Para ilustrar isso, consideremos novamente (como fizemos na aula anterior) uma espira quadrangular imersa em um campo magnético uniforme. 
Esquema ilustrativo de uma espira quadrangular imersa em um campo magnético uniforme.
Variáveis que podem provocar variação do fluxo magnético
Foco no conteúdo
Ao alterar a inclinação da espira, podemos observar variações no fluxo magnético, pois o número de linhas de campo que atravessa a área considerada diminui. Ou seja, também podemos variar o fluxo magnético através da variação do ângulo θ.
Ilustração demonstrando as variações no fluxo magnético ao alterar a inclinação da espira.
Variáveis que podem provocar variação do fluxo magnético
Foco no conteúdo
Considere um contorno fechado imerso em um campo magnético, no qual esse contorno seja condutor, como uma espira retangular, por exemplo. Sempre que houver uma mudança no fluxo de indução através desse contorno, uma corrente elétrica será induzida nele. Esse fenômeno é conhecido como indução eletromagnética. A corrente que surge é chamada corrente induzida i0, e o fluxo que a induziu é denominado fluxo indutor.
Indução Eletromagnética
i0
i0
Foco no conteúdo
Observe nas figuras a seguir uma espira condutora conectada a um voltímetro. O ponto de referência do voltímetro está localizado no centro da escala. Ao aproximar ou afastar um ímã da espira condutora, o ponteiro do voltímetro se desviará para um dos lados, dependendo do sentido da corrente que fluirá por ela. É importante esclarecer que a corrente induzida só existe enquanto o fluxo magnético está variando. 
Indução Eletromagnética
Foco no conteúdo
https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulations/faradays-law
A corrente induzida surge num sentido tal que produz um fluxo induzido em oposição a variação do fluxo indutor que lhe deu origem. 
Até o momento, aprendemos que a mudança no fluxo magnético através de um circuito fechado resulta em uma corrente elétrica induzida nesse circuito. Agora, vamos discutir o sentido dessa corrente elétrica. Um físico russo chamado Heinrich Lenz (1804-1865) fez algumas experiências que levaram à descoberta da Lei que leva o seu nome. Essa Lei de Lenz pode ser enunciada da seguinte forma:
Lei de Lenz
Foco no conteúdo
Exercício proposto
(FUVEST-SP) Um ímã preso a um carrinho desloca-se com velocidade constante ao longo de um trilho horizontal. Envolvendo o trilho há uma espira metálica, como mostra a figura.
Pode-se afirmar que, na espira, a corrente elétrica:
é sempre nula;                            
existe somente quando o ímã se aproxima da espira;
existe somente quando o ímã está dentro da espira;
existe somente quando ímã se afasta da espira;
existe quando o ímã se aproxima ou se afasta da espira.
Na prática
https://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/bitstream/1/2319/2/propostaensinoinducaoeletromagnetica_produto.pdf p. 13
Quando o ímã preso ao carrinho se aproxima da espira metálica, ocorre um aumento no fluxo magnético, o que resulta na indução de uma corrente elétrica na espira, seguindo um sentido específico.
Por outro lado, quando o ímã se afasta da espira metálica, o fluxo magnético diminui, gerando uma corrente elétrica induzida, mas com sentido oposto ao caso anterior.
Portanto, a opção correta é:
A corrente induzida existe tanto quando o ímã se aproxima quanto quando se afasta da espira.
Correção
Na prática
Quando o polo norte de um ímã é aproximado, por um operador, de uma espira, o fluxo magnético através dela aumenta. Para contrariar essa mudança (aumento) no fluxo magnético, uma corrente elétrica induzida surge na espira, criando um fluxo magnético oposto ao do ímã. Na face da espira voltada para o ímã, surge um polo norte magnético, criando uma repulsão entre a espira e o ímã.
N
S
V
Indução de corrente elétrica por aproximação do polo norte do ímã
Lei de Lenz
Foco no conteúdo
Isso nos leva à constatação de que o operador deve exercer uma força contrária à força magnética repulsiva para conseguir aproximar o ímã da espira. Esse trabalho motor realizado pelo operador corresponde à energia fornecida ao sistema, que é então convertida em energia elétrica. O que ocorre aqui é a observância do princípio da conservação da energia.
N
S
V
Indução de corrente elétrica por aproximação do polo norte do ímã
Lei de Lenz
Foco no conteúdo
Agora, considerando o polo norte do ímã se afastando da espira, o fluxo magnético através dela diminui. Para compensar essa mudança (diminuição) no fluxo magnético, uma corrente elétrica induzida surge na espira, criando um fluxo magnético para contrariar o afastamento do imã.
Novamente, o que temos aqui, a rigor, é o princípio da conservaçãoda energia, pois a força exercida pelo operador precisa realizar trabalho que dá “origem” à energia elétrica. 
Indução de corrente elétrica por Afastamento do polo norte do ímã
Lei de Lenz
Foco no conteúdo
(PUC-PR) Um ímã natural está próximo a um anel condutor, conforme a figura.
Considere as proposições:
Se existir movimento relativo entre eles, haverá variação do fluxo magnético através do anel e corrente induzida.
Se não houver movimento relativo entre eles, existirá fluxo magnético através do anel, mas não corrente induzida. 
O sentido da corrente induzida não depende da aproximação ou afastamento do ímã em relação ao anel. 
Estão corretas: 
todas 
somente III 
somente I e II 
somente I e III 
somente II e III
Aplicando
I. Correta — Para que ocorra variação de fluxo magnético e, consequentemente, o aparecimento de uma corrente induzida no anel condutor, é necessário que haja movimento relativo entre o ímã e o anel. 
II. Correta — A presença de corrente elétrica induzida está condicionada apenas à variação do fluxo magnético.
III. Falsa — A indução de corrente elétrica depende, sim, do sentido do movimento: aproximação em um sentido e afastamento em sentido contrário.
Portanto, a alternativa correta para essa questão é a letra c. 
Correção
Aplicando
Compreendemos a Lei de Lenz;
Analisamos a variação do fluxo magnético.
O que aprendemos hoje?
Tarefa SP
Localizador: 99612
Professor, para visualizar a tarefa da aula, acesse com seu login: tarefas.cmsp.educacao.sp.gov.br
Clique em “Atividades” e, em seguida, em “Modelos”.
Em “Buscar por”, selecione a opção “Localizador”.
Copie o localizador acima e cole no campo de busca.
Clique em “Procurar”. 
Videotutorial: http://tarefasp.educacao.sp.gov.br/
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Slides 3 a 18 – HELOU, G. N. Tópicos de Física, v.3, 16ª Edição. São Paulo: Editora Saraiva, 2001.
Slides 3 a 18 – PIETROCOLA, M.; POGIBIN, A.; ANDRADE, R.; ROMERO, T. Física em contextos. v. 3, São Paulo, Editora do Brasil, 2016.
Slides 3 a 18 – MARTINI, G.; SPINELLI, W.; REIS , H. C.; SANT’ANNA, B. Conexões com a Física. v. 3. 3ª ed., São Paulo : Moderna, 2016. 
Referências
Lista de imagens e vídeos
Slide 19 – https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulations/faradays-law
Outros Slides: Elaborado para o material.
Referências
Material 
Digital