Indução eletromagnética

A indução eletromagnética é um fenômeno físico que leva à ocorrência de uma força eletromotriz em um condutor elétrico sujeito a fluxos de um campo magnético variável. Esta força eletromotriz pode gerar uma corrente elétrica no condutor.

Este fenômeno é de extrema importância prática. É usado principalmente em geradores e transformadores elétricos , bobinas ou mesmo placas de indução graças a correntes parasitas .

Origem física

Este fenômeno se origina da força de Lorentz , aplicada aos elétrons livres no condutor elétrico: F→{\ displaystyle {\ vec {F}}}

F→ = qE→ + qv→∧B→{\ displaystyle {\ vec {F}} \ = \ q \, {\ vec {E}} \ + \ q \, {\ vec {v}} \ wedge {\ vec {B}} \,}

ou :

q{\ displaystyle q \,}é a carga da partícula (expressa em coulombs ), E→{\ displaystyle {\ vec {E}} \,}o campo elétrico ( volts por metro ), v→{\ displaystyle {\ vec {vb}} \,}a velocidade da partícula ( metros por segundo ), e indução magnética ( teslas ).B→{\ displaystyle {\ vec {B}} \,}

Essas quantidades são medidas no mesmo referencial galileu no ponto onde a partícula está localizada. A noção de quadro de referência é muito importante aqui porque, dependendo do quadro de referência em que a pessoa se posiciona, existem duas maneiras de interpretar o mesmo fenômeno. Nestes dois pontos de vista, que é modelado pela lei de Lenz-Faraday , ou uma das quatro equações de Maxwell .

Compreendendo o fenômeno

Consideramos um condutor elétrico colocado em um campo magnético. Dependendo do referencial de trabalho escolhido, é possível destacar dois casos particulares do fenômeno de indução:

• Indução de Lorentz  : falamos de indução de Lorentz quando trabalhamos em um referencial no qual o campo magnético é estacionário e o condutor elétrico se move ou deforma. Nesse referencial, os elétrons têm então uma velocidade, sofrem uma força que corresponde à parte magnética da força de Lorentz ( ). Este caso particular também é denominado “indução emocional”. O fenômeno é explorado em máquinas de corrente contínua . Para um circuito semelhante a um fio, o fem induzida a expressão: .F→=qv→∧B→{\ displaystyle {\ vec {F}} = q \, {\ vec {v}} \ wedge {\ vec {B}}}e=∮(v→∧B→)dℓ→{\ displaystyle e = \ textstyle \ anoint ({\ vec {v}} \ wedge {\ vec {B}}) \, \ mathrm {d} {\ vec {\ ell}}}

• Indução de Neumann  : no caso da indução de Neumann , o condutor elétrico é considerado rígido e fixo no referencial de trabalho, e o campo magnético é variável ao longo do tempo. Nesse referencial, os elétrons não têm velocidade, então a contribuição da força de Lorentz é zero. No entanto, observamos a variação do fluxo do campo magnético . O fenômeno é explorado nos alternadores , nos motores assíncronos e nos motores de indução, bem como nos transformadores elétricos .

Leis de indução

Existem duas formas, integral e local, que são equivalentes.

Lei local

A lei de Ohm é escrita localmente:

j→=σ(-∇→V+E→em){\ displaystyle {\ vec {j}} = \ sigma (- {\ vec {\ nabla}} V + {\ vec {E}} _ {em})}

onde é a condutividade elétrica do condutor, é a densidade de volume da corrente elétrica . Na ausência de um gerador eletroquímico (que cria um gradiente de potencial ), apenas fenômenos de indução podem explicar o nascimento da corrente, via campo eletromotriz σ{\ displaystyle \ sigma}j→{\ displaystyle {\ vec {j}}}∇→V{\ displaystyle {\ vec {\ nabla}} V}

E→em=-∂NO→∂t+v→∧B→{\ displaystyle {\ vec {E}} _ {em} = - {\ frac {\ partial {\ vec {A}}} {\ partial t}} + {\ vec {v}} \ wedge {\ vec { B}}}.

Lei de Faraday

A forma integral, ou lei de Faraday, é a seguinte: um circuito sujeito a um fluxo magnético variável (resultante de um campo magnético variável B ) sofre uma força eletromotriz  : (em volts) orientada de acordo com uma convenção de gerador, como: Φ{\ displaystyle \ Phi}ε{\ displaystyle \ varepsilon}

ε=-dΦdt{\ displaystyle \ varepsilon = - {\ frac {\ mathrm {d} \ Phi} {\ mathrm {d} t}}}

onde está o fluxo de B através do circuito. Φ{\ displaystyle \ Phi}

Em um diagrama elétrico, esta força eletromotriz é sempre marcada com a convenção do gerador. Assim, quando se usa a convenção do receptor, a tensão nos terminais desse circuito é igual à soma das quedas de tensão ligadas à corrente que flui por ele, subtraída dessa força eletromotriz. você{\ displaystyle u \,}eu{\ displaystyle i \,}

No regime de corrente contínua, podemos escrever o que é chamado de lei de Ohm generalizada:

você=R⋅eu-ε{\ displaystyle U = R \ cdot I- \ varepsilon}

onde está a resistência elétrica do condutor. R{\ displaystyle R \,}

Auto indução

Falamos de autoindução quando a fonte do campo magnético na origem de uma força eletromotriz em um circuito é a corrente elétrica que flui por esse mesmo circuito. O campo magnético fornece feedback de mudanças na corrente no circuito para eles próprios.

A autoindução é a propriedade eletromagnética notável que um condutor atravessado por uma corrente elétrica possui , de variações opostas da mesma.

De fato, um condutor atravessado por uma corrente elétrica gera um campo magnético (cf. lei de Biot e Savart ). A lei de Lenz-Faraday descreve o seguinte fenômeno: quando o fluxo do campo magnético passa por um circuito condutor varia ao longo do tempo, surge neste circuito uma tensão chamada força eletromotriz . A força eletromotriz (frequentemente abreviada como fem) assim criada é orientada de modo a gerar correntes opostas à variação do fluxo:

ε=-dϕdt{\ displaystyle \ varepsilon = - {\ frac {d \ phi} {dt}}}

Qualquer variação da corrente produz uma variação deste campo induzido , que tem o efeito de produzir uma tensão que se opõe à variação do campo, portanto, que se opõe à variação da corrente:

você=-eudeudt{\ displaystyle u = -L {\ frac {di} {dt}}}

onde é chamado de coeficiente de auto-indutância do circuito ou própria indutância do circuito. Depende apenas da configuração geométrica do circuito e é sempre estritamente positivo. eu{\ displaystyle L \,}

Formulários

Podemos citar:

• as bobinas , o transformador , os alternadores  ;
• o medidor de fluxo magnético do tipo sensor  ;
• os captadores magnéticos  ;
• as lâmpadas de indução  ;
• a placa de indução e a indução de travagem cujo funcionamento se deve a correntes parasitas  ;
• alguns componentes dos telefones de 1970 até os dias atuais;
• o poder sem fio .

A indução eletromagnética entra em ação em muitas máquinas elétricas .

Notas e referências

1. Dicionário de física . Richard Taillet, Loïc Villain, Pascal Febvre. 2 nd edição. De Boeck, 2009, página 284.
2. electromagnetismo. Fundações e aplicações . 3 e edição. J.-P. Pérez, R. Carles e R. Fleckinger. Masson, 1997, página 254.
3. veja o artigo Fluxo de campo magnético

Veja também

Bibliografia

• John David Jackson ( trad.  Do inglês), eletrodinâmica clássica ["  Classical Electrodynamics  "] [ detalhes de publicação ]

Artigos relacionados

• Corrente induzida
• Indução mútua
• Força eletromotriz
• Correntes parasitas
• Aquecimento por indução
• Lei de Lenz-Faraday

Link externo

• Pergunta sobre indução ( notícias: fr.sci.physique , mensagem de Julien Arlandis de12 de maio de 2009)

<img src="https://fr.wikipedia.org/wiki/Special:CentralAutoLogin/start?type=1x1" alt="" title="" width="1" height="1" style="border: none; position: absolute;">