Lei de Faraday: EMF de uma área em mudança
1 · Prever
Um laço de fio fica em um campo magnético fixo, mas a própria área do laço oscila (imagine-o se esticando e encolhendo). Isso também induz um CEM, da mesma forma que uma mudança na intensidade do campo?
- Sim - a lei de Faraday só se preocupa com a mudança do fluxo total Φ = BA, independentemente de B ou A ser o que está variando.
- Não – apenas uma mudança na intensidade do campo induz CEM, não uma área em mudança.
- Uma área em mudança induz CEM, mas através de um mecanismo completamente diferente de um campo em mudança.
2 · Preparar
- Abra a predefinição da área de mudança de fluxo e pressione Redefinir. O campo é fixado em 0.5 T; a área do loop oscila como A(t) = 0.025 m² × (1 + 0.35 cos(2π × 0.35Hz × t)).
- Ative a leitura de EMF induzido.
- Leia o EMF induzido em cada horário listado.
3 · Coletar Dados
| Tempo t (s) | EMF induzido (mV) |
|---|---|
| 0.50 | |
| 1.00 | |
| 1.50 |
Plote o EMF induzido (eixo y) em relação ao tempo t (eixo x) para suas três leituras e esboce como ele oscila durante um período completo (≈2.86 s).
4 · Analisar
- Para uma tentativa, calcule EMF = −B·dA/dt = B₀·A₀·0.35·ω·sin(ωt) usando B₀ = 0.5 T, A₀ = 0.025 m², ω = 2π×0.35 rad/s. Compare com a tabela.
- Compare a estrutura desta fórmula com a do experimento de mudança de fluxo b. Explique por que ambos fornecem um EMF proporcional ao produto da quantidade FIXA (B aqui, A ali) e a taxa de variação da quantidade VARIANTE.
5 · Aprofundar
- Um gerador clássico de 'haste deslizante' altera a área fechada de um circuito movendo fisicamente um lado, induzindo EMF = BLv (campo × comprimento da haste × velocidade de deslizamento) - uma versão mecânica exatamente desse efeito de mudança de área. Explique por que deslizar a haste mais rápido aumenta a FEM induzida.
- Alguns microfones funcionam fazendo com que um ímã vibre próximo (ou a área efetiva de uma bobina mude em relação a) um campo fixo, convertendo as vibrações sonoras em um fluxo variável e, portanto, em um sinal de tensão. Por que um som mais alto (maior amplitude de vibração) produz um sinal EMF maior?
A física por trás deste experimento
Lei de Faraday (Área de Mudança)
O fluxo magnético através de um loop é Φ = BA. Quando A muda no tempo (B fixo), a lei de Faraday ainda se aplica: EMF = −dΦ/dt = −B·dA/dt — a mesma lei, apenas com os papéis de B e A trocados.