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.

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
\vec F = q\,\vec E + q\,\vec v \times \vec B.
Numa espira fixa (\vec v=0), a parte magnética \;q\,\vec v\times\vec B; some, restando apenas a ação de um campo elétrico \vec E. 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):
\nabla\times \vec E = -\,\frac{\partial \vec B}{\partial t}.
Quando \vec B varia no tempo, o rotacional de \vec E não é zero. Isso significa que surge um campo elétrico não-conservativo, cujas linhas de força formam laços ao redor das regiões onde \partial \vec B/\partial t\neq0.

Passo 3

Em termos de fluxo, a lei integral diz
\mathcal{E} = \oint_{\partial S} \vec E\cdot d\vec \ell = -\,\frac{d}{dt}\!\bigl(\Phi_B\bigr),
em que \Phi_B=\int_S \vec B\cdot d\vec S. A circulação de \vec E ao longo de qualquer caminho fechado mede a variação do fluxo magnético. Esse \vec E 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 \partial\vec B/\partial t\neq0, 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 \vec E 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
\nabla\times \vec E = -\,\frac{\partial \vec B}{\partial t}.
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.

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