Eletromagnetismo — a relação entre eletricidade e magnetismo — é o princípio básico para a operação de motores elétricos, bem como geradores e transformadores. E mesmo que a maioria de nós não esteja projetando motores (ou geradores ou transformadores) do zero, é útil ter uma compreensão básica dos conceitos e leis que impulsionam sua operação.,
A fundação do eletromagnetismo é colocado para fora as equações de Maxwell — um conjunto de quatro equações desenvolvidas por James Clerk Maxwell, no início da década de 1860. Neste artigo, vamos olhar para a lei de Faraday da indução eletromagnética, que constitui a base de uma das equações de Maxwell. Também vamos ver a lei do Lenz, que mantém a lei do Faraday sob controlo.,
lei de Faraday da indução eletromagnética
Michael Faraday descobriu a relação entre campos magnéticos e de energia elétrica (eletromagnetismo), na década de 1830, e apesar de Faraday fez muitas contribuições para o estudo da eletricidade e do magnetismo, uma das mais importantes é a lei de Faraday da indução eletromagnética, que afirma:
Qualquer alteração no ambiente magnético de uma bobina de fio (de um condutor) vai causar uma tensão (emf) para ser induzida na bobina. E se a bobina (circuito condutor) estiver fechada, a corrente fluirá.,
A causa da mudança no ambiente magnético, não importa — que poderia ser causado pela alteração do campo magnético, força, ao mover o ímã na direção e distância da bobina, pelo movimento da bobina dentro e fora do campo magnético, ou por rotação da bobina em relação ao campo magnético. Enquanto houver movimento relativo entre o campo magnético e a bobina, uma tensão será induzida.,
crédito de Imagem: IGCSE Física
A matemática, a expressão para a lei de Faraday da indução eletromagnética, mostra que a tensão induzida é igual ao número de espiras da bobina, multiplicado pelo tempo de alteração do fluxo magnético.,
ε = induzida emf (V)
N = número de voltas da bobina
Φ = fluxo magnético (Wb, V·s)
t = tempo (s)
Note que o fluxo magnético (Φ) é o produto do campo magnético (B) e a área da bobina (A): φ = BA
a lei de Lenz
O sinal negativo (“-“) no lado direito da equação acima vem de Lenz a lei e indica que a induzida emf ocorre em uma direção oposta à direção do fluxo magnético.,
a lei de Lenz garante que Faraday lei adere ao princípio de que a energia deve ser conservada, afirmando que:
Quando fem (tensão) é gerado por uma mudança no fluxo magnético, a polaridade induzida emf gera uma corrente cujo campo magnético em uma direção que se opõe à mudança que a produziu (o original do campo magnético).
por outras palavras, o campo magnético induzido funciona sempre para manter constante o fluxo magnético., Se o fluxo magnético diminuísse, o campo magnético criado pela corrente induzida aumentaria. E se o fluxo magnético aumentasse, o campo magnético criado pela corrente induzida subtrairia-o. Em ambos os casos, o fluxo magnético total permanece constante.
Image credit: C. R., Nave, Georgia State University
da mesma forma, a emf induzida se oporá à mudança que a criou. Em outras palavras, o emf induzido (tensão) estará em uma direção oposta à tensão que o criou. Em um motor, isto significa que o emf induzido (comumente referido como back emf) se opõe à tensão de alimentação.,
Fonte = 195 V
Volta emf = -45 V
Net tensão em circuito (V = RI) = 10 * 15 = 150 V
195 V + -45 V = 150 V
de Volta emf está diretamente relacionada à velocidade do motor: quando a velocidade do motor aumenta, portanto, não volta emf, e vice-versa. É por isso que, por exemplo, as características de torque e velocidade de um motor de corrente contínua têm uma relação inversa e linear.à medida que aumenta a carga (binário) no motor, o motor abranda., Quanto mais lento o motor gira, mais baixa a emf das costas (opondo-se à tensão de alimentação) e menos tensão o motor usa apenas para superar esta emf traseira. Portanto, a tensão e a corrente através do motor aumentam. Esta corrente adicional permite que o motor para produzir o torque extra que precisa para recuperar a sua velocidade com o aumento da carga.
Circuit diagram and example taken from New South Wales, Department of Education and Training, 2007.