O fenômeno da indução eletromagnética, que foi descoberto simultaneamente por Faraday e por Henry, é sem dúvida o fato que mais impacto teve na história recente da humanidade, porque está na origem de quase todas as aplicações tecnológicas da eletricidade. Na verdade, é devido à existência desse fenômeno que podemos ter a energia elétrica, sem a qual a nossa vida hoje em pouco se diferenciaria da vida no século XVIII.
Não se sabe por quê, mas o fato é que a natureza "não gosta" de variações de campo magnético. Se existe um campo magnético em determinada região do espaço, nenhum problema. Mas se esse campo começa a variar (aumentando ou diminuindo), acontecem coisas em volta cuja finalidade é contrariar a variação. Ou seja: se o campo está mudando em intensidade, a natureza "reage", provocando um outro campo de sentido oposto naquela mesma região. A taxa de variação desse campo provocado é igual à do primeiro, e o objetivo é neutralizar a variação.
Vejamos o que aconteceu na experiência do Oersted. Lá estava a bússola em cima da mesa, com sua agulha imantada apontando em uma determinada direção (aproximadamente norte-sul). Isto é, as linhas do campo magnético da agulha da bússola estavam alinhadas com as linhas do campo magnético do planeta. Tudo tranqüilo. De repente, Oersted liga uma bateria e faz passar corrente elétrica pelo circuito que está nas vizinhanças da bússola. A passagem de corrente provoca o aparecimento de linhas de campo magnético circulares em torno do fio, as quais vão se propagando pelo espaço. Em uma região onde anteriormente só havia as linhas do campo terrestre somadas às linhas da agulha imantada, começam a aparecer as linhas geradas pela passagem de corrente no fio. A natureza "não gosta" dessa novidade, e tenta neutralizá-la. Como? Fazendo a agulha da bússola se movimentar, de maneira que as suas linhas de força neutralizem ou minimizem aquela variação.
Quando a corrente se estabiliza, o campo magnético gerado por ela deixa de aumentar (atingiu um valor que se mantém constante), e então a agulha da bússola pára de se mexer, permanecendo na última posição assumida. Quando a bateria é desligada e o campo magnético em torno do fio começa a diminuir, a agulha passa a se movimentar novamente, tentando restabelecer o valor do campo existente até então. Quando a corrente cessa e o campo magnético em torno do fio desaparece, a agulha também pára, estando nessas alturas novamente alinhada com o campo terrestre.
Agora vejamos uma experiência feita pelo Faraday. Ele curvou um fio em forma de círculo (fez uma espira), e o ligou a um medidor de corrente.
Depois pegou um ímã em barra e começou a movimentá-lo para frente e para trás segundo a direção do eixo da espira. O que ele observou? O aparecimento de corrente intermitente (não contínua) no fio, mesmo sem haver uma bateria no circuito. Ou seja, uma corrente induzida (provocada).
Façamos uma pausa para analisar a origem dessa corrente. Como sabemos, para haver corrente elétrica é preciso haver campo elétrico. Esse campo elétrico tem que estar dentro do fio metálico por onde a corrente está passando. Dizemos que a corrente induzida foi provocada por um campo elétrico induzido. "Induzido" significa "provocado". O que provocou o campo elétrico? Foi a variação do campo magnético! Que campo magnético? Aquele do ímã que o Faraday estava segurando.
Ao movimentar o ímã, Faraday fazia variar o fluxo magnético dentro da espira. Quer dizer, quando aproximava o ímã, um grande número de linhas de força magnética atravessava o espaço limitado pela espira, e quando afastava o ímã, o número de linhas atravessando a espira diminuía.
Ele estava fazendo o campo magnético variar, à medida que fazia variar o fluxo. A natureza "não gosta" de variações de campo magnético! O campo estava aumentando e diminuindo naquela região do espaço? Era preciso neutralizar essa variação. Como? Fazendo aparecer campo elétrico induzido, e, conseqüentemente, uma corrente induzida na espira! Essa corrente, provocando o aparecimento de suas próprias linhas de força magnéticas, compensava a variação do fluxo das linhas originadas pelo ímã.
Assim, se o Faraday estivesse aproximando o ímã, e portanto fazendo o número de linhas magnéticas aumentar, aparecia uma corrente no circuito que provocava linhas magnéticas em sentido oposto, a fim de que o campo magnético total ficasse estacionário. Se o movimento da mão do Faraday cessava, a corrente também cessava. Se o Faraday começasse a afastar o ímã, fazendo diminuir o número de linhas que atravessava o interior da espira, aparecia uma corrente com sentido contrário à anterior, com a finalidade de restabelecer o número de linhas. Resultado: uma corrente elétrica fazendo movimento de vaivém dentro da espira. Uma corrente alternada!
Produção de Energia
Os processos de produção de energia elétrica usados atualmente não são diferentes, em princípio, desse usado por Faraday. O método mais usado é a movimentação de uma espira no campo magnético de um ímã fixo, o que equivale exatamente à experiência descrita. Por questões de praticidade, o movimento da espira é rotativo: gira em torno de um eixo, fazendo com que o fluxo de linhas magnéticas passando pelo seu interior vá de um máximo até um mínimo. Então a corrente produzida é alternada, exatamente como a obtida pelo Faraday.
O funcionamento da maioria dos aparelhos exige corrente contínua, e por isso utilizam-se "retificadores de corrente", que transformam a alternada em contínua.
Dependendo do tipo da usina de produção de energia elétrica, a movimentação da espira por turbinas (grandes pás giratórias), pode ser obtida pela queda da água de barragens (usinas hidroelétricas), ou por jatos de vapor de água (usinas termoelétricas ou nucleares). Pode-se até mesmo transformar a energia eólica em energia elétrica, usando-se moinhos de pás leves, que giram devido à passagem do vento.
A idéia é sempre a mesma: fazendo-se variar o fluxo magnético em uma determinada região do espaço (a partir da movimentação de um ímã nas proximidades de uma espira metálica, ou, equivalentemente, a partir da movimentação de uma espira no campo magnético de um ímã fixo), aparecem correntes elétricas induzidas dentro do material da espira; essas correntes são então aproveitadas para o funcionamento de aparelhos.
Voltando à experiência de Oersted, relembremos que naquele caso foi a variação de uma corrente elétrica que provocou a movimentação do ímã. O fenômeno básico é o mesmo: a natureza tentando manter estáticos os campos magnéticos. Haverá alguma utilização prática para esse último processo, ou seja, uma variação de corrente provocando movimentação de um ímã? Certamente! É assim que funcionam os motores elétricos, desde o motor de um carro até o de um liquidificador. Todos os aparelhos que têm partes móveis utilizam esse princípio.
Comentários
Usamos e abusamos da palavra "natureza", dizendo que "a natureza não gosta", "a natureza reage", etc. É só um modo de dizer. Sabemos que tais coisas acontecem, conseguimos escrever equações que as descrevem, e inventamos muitas maneiras de aproveitá-las na nossa vida.
Sabemos como, mas não sabemos por quê. Só podemos dizer que campos elétricos e magnéticos estão associados, a variação de um provocando o aparecimento do outro.
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