Projecto de Medição de Campos Electromagnéticos: Indução Electromagnéctica e Lanterna de Faraday

O físico britânico Michael Faraday (na foto) (1791-1867) é considerado um dos cientistas mais influentes de todos os tempos. Tamanha importância é-lhe atribuída porque experimentalmente conseguiu unificar os fenómenos da electricidade e do magnetismo, até aí considerados domínios separados. No entanto a fundamentação teórica do electromagnetismo foi formulada na sua forma final por James Clerk Maxwell, no século XIX, onde unificou os fenómenos electromagnéticos e a óptica.

Referindo, de novo Faraday, ele descobriu a indução electromagnética, o princípio de funcionamento por trás de geradores, transformadores, motores eléctricos e da maioria das máquinas eléctricas. Resumidamente este fenómeno pode ser descrito do seguinte modo:

Um campo magnético ao atravessar uma espira faz com que nela surja um fluxo magnético – Φ. Este fluxo pode variar : movendo um íman junto à espira (pode variar a intensidade de fluxo que atravessa o íman ou o ângulo que ele faz com o campo magnético, fazendo também deste modo variar o fluxo), movendo a espira nas proximidades de um íman ou deformando a espira.

Se o fluxo magnético que atravessa uma espira variar no tempo surge uma força electromotriz induzida - f.e.m. Esta é a diferença de potencial ou tensão responsável pelo aparecimento de corrente eléctrica induzida na espira.

Repare-se que a variação do fluxo magnético, isto é, um campo magnético variável, gera uma corrente eléctrica à qual está associado um campo eléctrico, donde se conclui que as fontes de campo eléctrico são não só cargas eléctricas, mas também campos magnéticos variáveis.
Com base na Indução Electromagnética, Faraday formulou uma lei a que hoje se chama Lei de Faraday, que diz o seguinte: “A intensidade da tensão induzida (f.e.m.) numa espira é proporcional à variação do fluxo magnético que atravessa a espira.”

Uma das principais aplicações deste fenómeno que é a Indução Electromagnética, e de grande importância nas sociedades contemporâneas, é a produção de energia eléctrica em centrais hidroeléctricas. Outra aplicação deste fenómeno é também o princípio de funcionamento dos microfones e dos altifalantes de indução.

Como vimos um íman ao mover-se próximo de um circuito, gera uma corrente induzida. Existem múltiplos aparelhos baseados nesse princípio, sendo um deles a Lanterna de Faraday. Este aparelho é em termos de forma semelhante a uma lanterna normal, não usando no entanto pilhas nem bateria! Possui um enrolamento de fio de cobre à volta de um cilindro de plástico, que forma uma bobine cujos terminais se ligam a uma fonte luminosa. No interior do cilindro existe um íman que não está estático em relação à bobine podendo mover-se ao longo do cilindro. Assim ao pegar nesta lanterna e agitá-la, o íman move-se em relação à bobine, fazendo variar, no tempo, o fluxo que a atravessa. Isto, como vimos gera uma f.e.m. que origina uma corrente eléctrica no circuito que vai fazer com que a fonte luminosa acenda.

Este aparelho é bastante prático por não precisar de pilhas nem de bateria, estando disponível a qualquer momento com uma simples agitação. Por ser tão funcional é já produzida e comercializada por várias empresas.

Claro que se o seu princípio de funcionamento fosse apenas este, sem qualquer outra alteração, após parar de a agitar, a lanterna apagar-se-ia, porque o fluxo deixava de variar. Os modelos comerciais são melhorados com uma bateria interna que é recarregada por indução (ou então possuem um condensador que sinteticamente é um armazenador de cargas eléctricas) e que assim permite que após se parar de agitar a lanterna, esta se mantenha acesa.

Aprofundei o funcionamento desta lanterna porque na parte experimental do trabalho gostaríamos de realizar uma experiência que demonstrasse a indução electromagnética. Esta lanterna pareceu-me uma boa hipótese para desenvolver e após pesquisar percebi que é uma actividade cuja realização é possível e que é algo de atractivo e capaz de cativar as pessoas a perceber como funciona e assim se darem conta de como a ciência explica de um modo simples muitos dos fenómenos que presenciamos no dia-a-dia. O próximo vídeo mostra como podemos construir a lanterna de Faraday.