Eletromagnetismo no Ensino Médio

A - Pegue uma das extremidades do fio de cobre e enrole-o, fazendo uma bobina com cerca de 20 voltas. O diâmetro da bobina deve ser igual ao da caixa da bússola. Para a bobina não desenrolar, prenda as espiras com fita crepe. B - A cerca de (pelo menos) 3 m de distância, faça a outra bobina igual à primeira.

C - Raspe as extremidades do fio com uma lâmina de barbear (ou estilete) para dar contato elétrico e una-as.

D - Coloque as bobinas verticalmente sobre a mesa e mantenha-as na posição prendendo os fios com fita crepe. Afaste ao máximo as bobinas.

E - Distinguiremos as bobinas pelos nº 1 e 2. Usaremos a bobina 2 como detector - para verificar se alguma corrente aparece no fio. Para isso, encaixe a bússola em seu interior, mantendo-a na posição horizontal, girando o conjunto até que a agulha coincida com o diâmetro da bobina.

F - Na bobina 1 - introduza lentamente um ímã no seu interior, na direção de seu eixo e mantenha o ímã parado, no interior da bobina. Observe a agulha da bússola.

CONVITE AO RACIOCÍNIO...
A agulha da bússola mudou de direção? A agulha da bússola indica passagem da corrente, quando o ímã permanece nessa posição?
Não. Com ímã parado não ocorre desvio. Portanto, na bússola não se observa indício de passagem da corrente.

G - Na bobina 1 - movimente várias vezes, com maior ou menor rapidez, introduzindo o ímã na bobina e retirando-o.
Obs. Se conseguirmos induzir alguma corrente na bobina 1, esta corrente percorrerá todo o fio, passando pela bobina 2, de forma que a agulha da bússola, deverá se movimentar.

CONVITE AO RACIOCÍNIO...
1 - O que acontece em cada caso?
Quando o ímã é movimentado, introduzindo-o e retirando-o da bobina, a agulha da bússola muda de direção. Quanto mais rápido é o movimento do ímã, maior a mudança de direção sofrida pela agulha da bússola.

2 - Ela se movimenta sempre no mesmo sentido?
Não. A agulha da bússola sofre desvio, ora em um sentido, ora em outro.

3 - Como você explica o fato observado, em termos do sentido da corrente?
A corrente que percorre a bobina 2 tem sentidos diferentes, dependendo se o ímã é introduzido ou retirado da bobina 1.

H - Mantenha o ímã parado e movimente rapidamente a bobina 1, aproximando-a e afastando-a de um dos pólos do ímã.

CONVITE AO RACIOCÍNIO...
1 - O que você observa?
A agulha da bússola sofre desvio, ora em um sentido, ora em outro.

2 - Analisando os resultados obtidos, quais são as condições necessárias para produzir alguma corrente nas bobinas?
É necessário que haja movimento entre o ímã e a bobina.

3 - O que é necessário, para que apareça uma corrente induzida, percebida na bobina 2?
É necessário que exista variação do campo magnético na bobina 1.

4 - O que é gerador elétrico?
Gerador elétrico é um dispositivo capaz de gerar e manter uma corrente induzida em um condutor (um fio, por exemplo), devido à variação do fluxo magnético.

O que se observa?
1. A mudança de direção da agulha da bússola, indicando a passagem de corrente elétrica.
2. Quanto mais rápido é o movimento do ímã, maior a mudança de direção sofrida pela agulha da bússola.
3. A agulha da bússola sofre desvio, ora em um sentido, ora em outro.
4. As condições necessárias para produzir alguma corrente nas bobinas é que haja movimento entre o ímã e a bobina e vice-versa.
Para que apareça uma corrente induzida, é necessário que exista variação do campo magnético.

Como funciona?
1. Pode aparecer uma corrente elétrica em um circuito fechado quando há uma variação do campo magnético ou movimentação do circuito, mesmo que não haja pilhas ou baterias.

2. O fenômeno do estabelecimento de uma corrente elétrica em um circuito, a partir de efeitos magnéticos é denominado indução eletromagnética e a corrente assim estabelecida é denominada corrente induzida.

3. Indução eletromagnética é um fenômeno que provoca o aparecimento de corrente induzida na bobina quando esta gira diante de 1 ímã fixo ou vice-versa: o campo magnético variável na região onde está a bobina produz uma corrente elétrica induzida.

4. Existem 3 formas de produzir corrente induzida:
- aproximando-se ou afastando-se o ímã de uma bobina.
- aproximando-se ou afastando-se a bobina de um ímã.
- alterando a intensidade do campo magnético no qual a bobina está imersa (campo gerado pelo eletroímã ou transformador).

Como se explica?
Michel Faraday descobriu como gerar corrente elétrica movimentando um imã no interior de uma bobina ou vice versa. Esse movimento faz aparecer na bobina uma diferença de potencial que possibilita a geração da corrente elétrica.

É possível explicar a corrente induzida em termos da força que age sobre os elétrons do fio.
a. Um elétron em movimento num campo magnético fica sujeito a uma força perpendicular à velocidade.
b. Um material condutor possui elétrons livres e esses elétrons são facilmente deslocáveis.
c. Quando o fio se desloca no campo magnético, os elétrons acompanham o fio no seu movimento.
d. Portanto, ficam sujeitos a uma força na direção do eixo do condutor.

Esta força faz com que os elétrons entrem em movimento ao longo do fio.
É esse movimento que constitui a corrente i que atravessa o condutor.
A força magnética só tem efeito sobre a corrente se o campo magnético e o fio formarem um ângulo diferente de zero, ou seja, não estejam paralelos.
Essa interação é expressa pela regra da mão direita e também pela fórmula:

O que se conclui?
a. Num condutor formando circuito fechado, imerso numa região em que haja um campo magnético variável, sempre aparecerá uma corrente elétrica.
b. Quanto maior o nº de espiras da bobina e quanto mais rápido for o movimento do imã ou da bobina maior será a intensidade da corrente elétrica.
c. Nos dínamos, a corrente elétrica é gerada por um campo magnético .
d. O aparecimento da corrente induzida em um circuito está sempre relacionado com a variação do fluxo magnético através desse circuito.

E. Portanto, essa corrente induzida varia periodicamente de intensidade e sentido, sendo chamada corrente alternada. A transformação da energia mecânica em energia elétrica baseia-se na descoberta da indução eletromagnética. Geradores mecânicos são também conhecidos como dínamos e alternadores.
Gerador elétrico é um dispositivo capaz de gerar e manter uma corrente induzida em um condutor (um fio, por exemplo), devido à variação do fluxo magnético.

Contextualização - Interação entre corrente elétrica e campo magnético

I. Os geradores de energia elétrica são ímãs que giram muito rapidamente dentro de uma bobina ou bobinas que giram muito rapidamente dentro de um grande ímã. Nas usinas hidrelétricas a queda d'água movimenta uma turbina (roda de pás). O movimento da turbina movimenta os ímãs ou as bobinas dependendo do tipo de gerador.

II. Um fio percorrido por uma corrente, colocado em um campo magnético, sofre a ação de uma força magnética perpendicular ao fio. Por isso que, quando se aproxima um ímã da tela de TV ligada (TV de tubo), verifica-se que a imagem se deforma. O campo magnético do ímã altera a direção da velocidade dos elétrons que atingem a tela. A trajetória do feixe de elétrons em movimento do tubo de imagens sob a ação do campo magnético apresenta curvatura, o que indica a existência de uma aceleração (centrípeta), portanto, de uma força.

III. Aplicação prática: Fita cassete, bilhete de metrô, cartão magnético, transformador, etc.


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