1.13 Que condições são necessárias para que um campo magnético produza tensão em um fio?
Passo 1
O enunciado pergunta quais condições são necessárias para que um campo magnético produza tensão (ou força eletromotriz) em um fio. O conteúdo aqui é indução eletromagnética, mais especificamente a lei de Faraday–Neumann–Lenz, que relaciona variação de fluxo magnético com a tensão induzida.
Passo 2
Primeiro, definimos o fluxo magnético
através de uma superfície qualquer delimitada pelo fio (ou pelo circuito). Ele é dado por
onde
é o vetor campo magnético e
é o elemento de área orientado.
Passo 3
A lei de Faraday diz que a tensão (ou força eletromotriz) induzida
ao longo de um contorno qualquer é proporcional à taxa de variação do fluxo magnético através da superfície limitada por esse contorno:
Da expressão acima vemos a primeira condição essencial: o fluxo magnético
deve variar no tempo. Isso pode ocorrer de três maneiras:
- O próprio campo
varia com o tempo em um contorno fixo. - A área ou a forma do circuito (superfície) varia com o tempo.
- O ângulo entre
e a superfície varia, por exemplo se o fio gira ou se desloca no campo.
Passo 4
Além disso, para que haja tensão mensurável entre dois pontos de um fio, é preciso que haja um caminho (real ou imaginário) onde se defina essa diferença de potencial. Num circuito fechado,
faz corrente; num fio aberto, aparece uma diferença de potencial entre as extremidades. Em ambos os casos, o condutor deve “cortar” linhas de campo ou ter fluxo ligado a ele.
Passo 5
Resumindo, as condições para um campo magnético produzir tensão num fio são:
- Existir variação temporal do fluxo magnético ligado ao fio
. - Essa variação vir de mudança em
, na área/forma do circuito ou na orientação relativa. - Haver um percurso definido (fechado ou entre dois pontos) para que a diferença de potencial apareça.
Resposta
As condições necessárias são:
- que o fluxo magnético associado ao fio varie no tempo
; - que essa variação ocorra por mudança de campo, de área/forma ou de orientação;
- e que exista um caminho (circuito fechado ou dois pontos) para aparecer a diferença de potencial.