A lei de Faraday da questão anterior constitui uma ferramenta para calcularmos a intensidade de uma corrente induzida. Todavia, uma peça importante do quebra-cabeça ainda está faltando. Qual é a causa desta corrente? Ou seja, o que força as cargas ao longo da espira se moverem, contra as forças resistivas do metal? Os agentes que exercem as forças sobre as cargas são os campos magnéticos e elétricos. As forças magnéticas são responsáveis pelas fems de movimento, mas elas não podem explicar a corrente induzida em uma espira estacionária por uma variação de campo magnético! Forneça uma explicação clara sobre a origem do movimento das cargas na espira condutora. O agente que causa o movimento das cargas tem realidade física mesmo que uma espira condutora não exista dentro da região onde
B varia? Explique. Sugestão: use a lei de Faraday e o conceito de fluxo para embasar seu argumento.
B varia? Explique. Sugestão: use a lei de Faraday e o conceito de fluxo para embasar seu argumento.
Passo 1
O enunciado nos coloca diante da lei de Faraday, que nos dá a força eletromotriz (fem) induzida em uma espira pelo ritmo de variação do fluxo magnético. Mas a lei em si apenas calcula a intensidade da fem, sem dizer o que de fato “puxa” as cargas contra a resistência do fio. Sabemos que a força total sobre uma carga é
Numa espira fixa
, a parte magnética
; some, restando apenas a ação de um campo elétrico
. Logo, deve ser um campo elétrico que faz as cargas se moverem.
Passo 2
Para descobrir de onde vem esse campo elétrico, recorremos à forma diferencial da lei de Faraday (equação de Maxwell–Faraday):
Quando
varia no tempo, o rotacional de
não é zero. Isso significa que surge um campo elétrico não-conservativo, cujas linhas de força formam laços ao redor das regiões onde
.
Passo 3
Em termos de fluxo, a lei integral diz
em que
. A circulação de
ao longo de qualquer caminho fechado mede a variação do fluxo magnético. Esse
induzido faz trabalho sobre as cargas confinadas ao fio, vencendo a resistência do metal e criando a corrente.
Passo 4
O campo elétrico induzido é tão “real” quanto o campo elétrico de uma carga estacionária. Ele existe em todo ponto do espaço onde
, independentemente de haver ou não um condutor ali. A presença da espira apenas fornece o meio em que as cargas podem se organizar em corrente. Se não houvesse circuito, o
induzido permaneceria como linhas de campo circulares no vácuo, sem fluxo de carga visível, mas não deixaria de existir.
Resposta
A corrente induzida em uma espira estacionária é causada por um campo elétrico não-conservativo gerado pela variação temporal do campo magnético, conforme
Esse campo elétrico tem realidade física mesmo sem a presença de um condutor, e o fio só revela sua ação ao permitir que as cargas se desloquem e formem corrente.