Qual a diferença entre a força eletromotriz gerada reação química em uma bateria e a força eletromotriz gerada pela variação do campo magnético? Responda sua questão baseando-se no seguinte: pense no condutor em movimento como uma “bateria” que se mantém carregada enquanto estiver em movimento, mas que “se descarrega” instantaneamente se parar de se movimentar.
Passo 1
O enunciado pede para comparar duas origens de força eletromotriz (fem): a que vem de reações químicas em uma bateria e a que aparece quando há variação de campo magnético em um condutor. Vamos usar conceitos de eletroquímica e de indução eletromagnética para entender as diferenças e explicar a metáfora do “condutor em movimento” como uma bateria que descarrega ao parar.
Passo 2
A fem de uma bateria é gerada internamente por reações redox que ocorrem nos eletrodos. Essas reações separam cargas positivas e negativas, criando uma diferença de potencial estável entre os terminais. Mesmo sem corrente circulando no circuito externo, as reações continuam mantendo a carga (isto é, a ddp) até que os reagentes se esgotem. Em termos de teoria, a fem química é uma fonte de tensão constante enquanto houver reagente ativo, independendo de movimento ou variação de campo.
Passo 3
A fem induzida por variação de campo magnético surge de acordo com a Lei de Faraday, que diz que, em um circuito fechado,
onde
é o fluxo magnético. No caso de um condutor móvel em um campo
, podemos escrever a fem como
ou seja, só existe diferença de potencial enquanto o condutor se mover através de
. Se a velocidade
for zero, o termo
some e a fem cai instantaneamente a zero — não há “reserva de carga”.
Passo 4
Comparando as duas situações:
- A bateria química armazena energia interna e mantém a ddp mesmo em repouso, até esgotar o reagente.
- O condutor móvel age como uma “bateria” somente enquanto se desloca em
; ao parar, não há reação interna para separar cargas e a fem se anula imediatamente.
Na metáfora, o movimento é o “combustível” do condutor. Sem ele, a fonte de tensão evapora, diferentemente da bateria real que tem reagente químico armazenado.
Resposta
A fem química de uma bateria provém de reações redox que mantêm a separação de cargas mesmo em repouso, fornecendo tensão constante até o reagente se esgotar. Já a fem de indução (ou motional) surge somente enquanto há variação de fluxo magnético — ou movimento no campo — e “descarrega” instantaneamente ao cessar esse movimento, pois não há mecanismo interno que separe cargas quando
.