A lei de Faraday relaciona quais grandezas físicas?
Passo 1
O enunciado pergunta claramente: “A lei de Faraday relaciona quais grandezas físicas?”
Informações dadas: nenhuma quantidade numérica ou figura — é uma pergunta conceitual.
O que preciso entregar: dizer quais grandezas físicas a lei de Faraday conecta, e explicar o significado delas de forma didática.
Informações dadas: nenhuma quantidade numérica ou figura — é uma pergunta conceitual.
O que preciso entregar: dizer quais grandezas físicas a lei de Faraday conecta, e explicar o significado delas de forma didática.
Passo 2
Enunciado da lei (forma mais usada em exercícios de eletromagnetismo): a lei de Faraday diz que a força eletromotriz induzida
em um circuito é igual à taxa de variação temporal (velocidade de variação) do fluxo magnético que atravessa a superfície limitada pelo circuito, com um sinal negativo que indica a orientação da corrente induzida. Escrevendo em fórmula:
Aqui já aparecem duas grandezas principais: a força eletromotriz
e o fluxo magnético
. Vou explicar o que cada uma significa.
Passo 3
O que é a força eletromotriz
:
-
mede a “tensão” gerada no circuito pela mudança de fluxo magnético — é a causa que pode gerar corrente elétrica. - Em unidades do Sistema Internacional,
tem unidades de volt ( ). - Na prática de prova: quando se diz “emf induzida” ou “f.e.m. induzida”, é isso que se quer dizer com
.
Passo 4
O que é o fluxo magnético
:
- Fluxo magnético é uma medida de quantas linhas de campo magnético
atravessam uma área . Para uma superfície plana e campo uniforme:
- No caso simples de
uniforme e superfície plana com área e ângulo entre e a normal da superfície:
- Aqui as variáveis significam:
-
: campo magnético (unidade tesla, ). -
: área da superfície atravessada pelo campo (unidade ). -
: ângulo entre a direção do campo e a normal à superfície.
-
- Assim, o fluxo depende de três coisas que podem variar: magnitude de
, área , ou orientação . Qualquer variação temporal de uma dessas provoca .
Passo 5
Conectando as grandezas: interpretação física da fórmula
- A lei afirma: variação temporal do fluxo magnético
=> gera uma força eletromotriz . - Sinal negativo (
) é explicado por Lenz: a corrente induzida tem direção tal que campo magnético produzido por essa corrente se opõe à variação do fluxo que a provocou. Ou seja, a natureza “resiste” à mudança do fluxo.
Passo 6
Exemplos simples (para aprender a aplicar na prova)
Exemplo A — campo
muda com o tempo, área fixa:
- Situação:
, e constantes. Então
Isso mostra que uma variação de intensidade do campo gera
.
Exemplo B — área muda (ex.: barra móvel formando um circuito),
constante:
- Para um loop formado por trilhos paralelos de comprimento
e uma barra móvel afastando-se com velocidade , a área é com posição da barra. Com perpendicular:
Na prova, essa é a derivação padrão para justificar a fórmula
(módulo) para uma barra movendo-se em campo magnético.
Exemplo C — loop girando (gerador AC simples):
- Se
e constantes mas a orientação muda como ,
Isso mostra como aparece uma f.e.m. alternada (senoidal) em geradores.
Passo 7
Forma diferencial (versão local, útil em eletrodinâmica)
- A lei de Faraday também aparece na forma de Maxwell-Faraday:
onde
é o campo elétrico e
o campo magnético. Essa forma diz que um campo magnético variável no tempo gera um campo elétrico não-conservativo; é a versão local da relação entre taxa de variação do fluxo e f.e.m.
Passo 8
Resumo didático simples (o que decorarmos para prova)
- A lei de Faraday relaciona: a variação temporal do fluxo magnético
e a força eletromotriz induzida (e, portanto, a corrente induzida quando o circuito está fechado). - Elementos que afetam o fluxo magnético: intensidade do campo
, área atravessada e orientação . Qualquer mudança em um desses gera .
Passo 9
Dica prática para resolver exercícios
- Identifique o que está mudando com o tempo:
, ou . - Escreva
na forma mais simples possível (por ex. se o campo for uniforme). - Calcule
e aplique . - Use Lenz para definir o sentido (sinal) da corrente induzida se pedirem direção.
Resposta
A variação temporal do fluxo magnético
e a força eletromotriz induzida
(logo também a corrente induzida quando o circuito está fechado).