O que acontece quando um ímã, em forma de bastão, com momento magnético apontando na vertical para baixo é aproximado do centro de uma espira feita de material condutor, permanece no centro da espira e depois afastado? Explique baseado na Lei de Faraday e Lenz.
Passo 1
Então, a gente tem um ímã em formato de bastão com o momento magnético apontando para baixo que está sendo aproximado de uma espira de material condutor. A pergunta é: o que acontece enquanto o ímã se aproxima, fica parado no centro da espira e depois se afasta? Para resolver isso, vamos usar duas leis importantes da eletricidade e magnetismo: a Lei de Faraday e a Lei de Lenz. Vamos precisar entender como mudanças no campo magnético podem induzir uma corrente elétrica na espira.
Passo 2
Primeiro, quando você aproxima o ímã da espira, o campo magnético na região da espira está aumentando. Segundo a Lei de Faraday, uma mudança no fluxo magnético através da espira gera uma fem induzida (força eletromotriz) na espira. A fórmula da Lei de Faraday é:
Aqui,
é a fem induzida e
é o fluxo magnético.
Passo 3
A Lei de Lenz nos diz que a direção da corrente induzida será tal que o seu campo magnético vai se opor à mudança que o causou. Então, como o ímã está se aproximando e o campo magnético está aumentando para baixo, a corrente induzida na espira vai criar um campo magnético para cima, tentando cancelar esse aumento.
Passo 4
Quando o ímã está no centro da espira e permanece ali, o fluxo magnético através da espira deixa de mudar, ou seja,
. De acordo com a Lei de Faraday, isso significa que não há fem induzida, então não há corrente elétrica fluindo na espira enquanto o ímã está parado.
Passo 5
Depois, quando você afasta o ímã da espira, o campo magnético na região da espira está diminuindo. Novamente, pela Lei de Faraday, essa mudança gera uma fem induzida. A Lei de Lenz diz que a corrente induzida agora criará um campo magnético para baixo para tentar manter o fluxo magnético que está diminuindo.
Resposta
Resumindo, ao aproximar o ímã da espira, uma corrente elétrica é induzida na espira que cria um campo magnético oposto ao do ímã, resistindo à aproximação. Quando o ímã permanece no centro, não há mudança no fluxo magnético, então não há corrente induzida. Ao afastar o ímã, outra corrente é induzida na direção contrária, criando um campo magnético que tenta manter o fluxo magnético constante. Tudo isso acontece conforme as Leis de Faraday e Lenz.