O FENÔMENO DA INDUÇÃO MAGNÉTICA

O FENÔMENO DA INDUÇÃO MAGNÉTICA
Efeito das correntes induzidas, efeito pelicular e histerese
em máquinas eléctricas, transformadores e linhas de transporte de energia

O mais antigo fenômeno elétrico que se conhece, citado já por escritores gregos da antiguidade (Tales de Mileto séc.VII a.C.), é a propriedade de o âmbar amarelo atrair pequenos corpos depois de friccionado (eletrização). A Antiguidade conheceu também o fenómeno magnético da atração exercida sobre o ferro por um íman natural de magnetite e Aristóteles (séc.IV a.C.) chegou mesmo a notar a magnetização passageira do ferro macio sob a influência deste íman natural. Mas não se sabe quando se terá descoberto que um íman livre de rodar em volta de um eixo toma sempre a mesma orientação, nem a época mais recente em que se começou a aplicar tal propriedade na navegação.

No começo do século XVIII, os conhecimentos sobre a eletricidade pouco tinham avançado; generalizara-se a todos os corpos (isoladores e condutores) a propriedade de atração conhecida no âmbar; reconhecera-se a existência de dois tipos diferentes de eletrização, levando à distinção entre eletricidade positiva (ou vítrea) e negativa (ou resinosa); construíra-se a primeira máquina eletrostática que ampliou muito o campo das experiências e levou à descoberta da eletrização por influência; concebera-se o primeiro aparelho de medida do poder de atração dos corpos a que se deu o nome de eletroscópio.

No decorrer do mesmo século, os progressos são já sensíveis: faz-se circular pela primeira vez uma carga eléctrica entre dois corpos eletrizados através de um fio metálico; aparecem os condensadores; verifica‑se o fenómeno conhecido por poder das pontas e assiste‑se à primeira realização prática no campo da eletricidade. Entretanto, surgem as primeiras interpretações teóricas dos fenômenos: admite-se que o atrito não cria a eletricidade mas modifica a sua distribuição nos corpos se friccionam; demonstra‑se que se podem estender ao magnetismo os resultados teóricos válidos para a eletrostática. Dos estudos quantitativos de Coulomb sobre as forças de atração e repulsão entre corpos eletrizados prova-se que as mesmas são inversamente proporcionais ao quadrado da distância que os separa (Lei de Coulomb ou das ações mútuas entre cargas pontuais, 1759); das experiências de Galvani e de Volta e da controvérsia surgida entre ambos sobre as causas das contrações verificadas nos músculos de uma rã ao contato de dois materiais diferentes, resultou a descoberta da pilha eléctrica (pilha de Volta, 1800) com que se dá inicio ao estudo da corrente eléctrica. Um ano depois, realiza-se a primeira experiência de incandescência de um fio metálico, demonstrando-se o efeito calorifico da passagem da corrente eléctrica.

Apesar dos esforços desenvolvidos durante este século no estudo da interação dos fenómenos eléctricos e magnéticos, só em 1919 Oersted verifica que uma agulha magnética é desviada pela passagem de uma corrente eléctrica; e Faraday descobre, alguns anos mais tarde, o fenómeno da indução magnética (1831). Prosseguindo as experiências e desenvolvendo os estudos teóricos, Ampere, Biot, Savart, Lenz, Gauss e Laplace lançam os fundamentos da eletrostática e do eletromagnetismo, cujas expressões matemáticas gerais só mais tarde são deduzidas por Maxwell (1873). Entretanto, é introduzida a noção de resistência eléctrica de um circuito e estabelecida a relação entre diferença de potencial e corrente eléctrica (Lei de Ohm, 1827), generalizando-se mais tarde os resultados a circuitos fechados com derivações (Kirchhoff, 1838) e concebendo-se a primeira ponte de medição de resistência (Wheatstone, 1844). Joule estuda os efeitos térmicos da corrente eléctrica e deduz a lei que tem o seu nome (1841), o que irá permitir a Clausius a medição do equivalente mecânico da caloria (1852) ; Faraday define as leis quantitativas da eletrólise (1833), cuja explicação Arrhenius encontrará mais tarde com a sua teoria da ionização (1857). As aplicações práticas da eletricidade são cada vez maiores: nasce a galvanoplastia (1837) e fabricam‑se os primeiras acumuladores (Planté, 1859); Morse constrói o seu primeiro aparelho (1843), Bell realiza a primeira experiência de transmissão a distância da voz humana (1876) e Baudot apresenta o telégrafo impressor (1878). Após as máquinas eléctricas experimentais, surgem em 1860 os primeiros geradores industriais de energia eléctrica em corrente alternada e, em 1869, Gramme constrói o primeiro dínamo. O transporte de energia a distância, realizado pele primeira vez em 1873, sofre um enorme desenvolvimento a partir de 1884 com a invenção do transformador. Ferraris estuda as correntes polifásicas e Tesla concebe o motor de campo girante ou de indução (1885). Nos fins de século preconiza-se a utilização da hulha branca e inicia‑se a construção das primeiras centrais hidroelétricas sobretudo depois da invenção da lâmpada incandescente com filamento de carvão (Edison, 1882), mais tarde substituído pelo tungsténio (1904), ter facilitado a iluminação dos grandes centros populacionais. No domínio da eletrônica verifica-se a existência dos raios catódicos (1868) e das radiações devidas a partículas positivas (1886) e põe-se em evidência a sua natureza corpuscular; descobrem-se os raios X (Roentgen, 1895) e demonstra-se a sua natureza ondulatória. A invenção da célula fotoelétrica, do oscilógrafo catódico, das lâmpadas diodos e triodos torna possível a radiodifusão, o cinema sonoro, a televisão, o radar. A teoria unificada de Maxwell (1881) deixava supor a existência de ondas eletromagnéticas, que Hertz obtém e estuda (1889), permitindo a Marconi, após a invenção da antena, realizar a primeira transmissão de sinais T.S.F. (1895). Os progressos mais recentes no estudo da eletricidade acompanham as descobertas no domínio da constituição da matéria: Becquerel descobre a radioatividade(1896); Milikan determina a carga do eletrão (1912). O emprego do espectrógrafo de massa leva ao conhecimento da mossa dos átomos e dos iões e à descoberta de novas partículas (prositão, neutrão). Novas teorias (relatividade, quanta, mecânica ondulatória, supercondutividade) completam os conhecimentos sobre a natureza da eletricidade e alargam continuamente o seu campo de aplicação, tornando-a um fator essencial do progresso da Humanidade.

TEORIA ELECTROMAGNÉTICA

A teoria de Fresnel, segundo a qual a luz consiste na propagação de uma vibração transversal num meio elástico - o éter - satisfizera plenamente à explicação dos fenómenos luminosos então conhecidos. A síntese magistral desse grande físico, verificada por inúmeras experiências sobre interferências, difração e dupla refracção, estabelecera assim a natureza ondulatória da luz, confirmada quando Foucault, em 1850, provou que a luz se propaga mais lentamente nos meios opticamente mais densos, contrariamente a qualquer teoria corpuscular. Mas mantinha-se misteriosamente o problema desse éter que, parecendo possuir as propriedades mecânicas de um metal, era ao mesmo tempo tão sutil que escapava a toda a tentativa de se deixar observar. Para mais, já em 1845, Faraday descobrira a rotação (incompreensível no quadro da teoria de Fresnel) do plano de vibração da luz sobre a ação de um campo magnético. Por outro lado, a variação de um campo magnético, como provou o mesmo Faraday, cria um campo eléctrico, o qual, variando, também cria um campo magnético; e Maxwell continuando a obra de Faraday demonstrou teoricamente que tal onda eletromagnética se propaga ondulatoriamente com celeridade num meio isótropo. Ora, para o caso do vazio, a celeridade calculada segundo a teoria coincide precisamente com a da luz. Por isso, em 1864, o próprio Maxwell propôs que se reconhecesse a luz como uma radiação eletromagnética; e que se identificasse o vector luminoso de Fresnel com um dos vectores do campo, ambos transversais; e que assim, exceto no que diz respeito à natureza desse vetor, se integrasse todo o edifício óptico construído por Fresnel no mais vasto do eletromagnetismo, que ele próprio acabara de concluir. O ceticismo dos físicos desvaneceu‑se universalmente quando em 1888 Hertz verificou, experimentalmente, as previsões teóricas de Maxwell: uma descarga eléctrica oscilante de alta frequência emite uma onda polarizada cuja existência em qualquer ponto pode ser detectada por um receptor regulado de forma a dar uma descarga com a mesma frequência; outros experiências de Hertz provaram que essas ondas hertzianas se refletem, se refratam, são difratadas e interferem como as radiações luminosas ‑ só diferindo delas por ser muito maior o seu comprimento de onda. Pouco mais tarde, Wiener provou que se deve identificar o vetor de Fresnel, isto é, o que é responsável pela sensação luminosa, com o vetor eléctrico do campo - mais precisamente com a indução eléctrica que é transversal mesmo nos meios anisótropos. A teoria eletromagnética permitiu não somente apreender mais profundamente o mecanismo dos fenómenos integrados na teoria de Fresnel, mas também, toda a série dos efeitos eletro e magneto‑ópticos. Mas, para descrever, quantitativamente, mesmo esses fenómenos, a teoria eletromagnética clássica teve de abandonar a sua concepção de continuidade da matéria e adaptar‑se à realidade granular do universo com moléculas, iões, electrões. Essa adaptação foi obra dos físicos da passagem do século, em especial Lorentz, que, considerando os constituintes da matéria como osciladores eletromagnéticos, réplica à escala microscópica dos de Hertz, conseguiu explicar satisfatoriamente a dispersão, a absorção, a difusão, a dupla refracção, a reflexão e absorção pelos metais. Mas, mesmo assim, a teoria eletromagnética mostrou‑­se impotente para explicar o conjunto da emissão espectral por um átomo ou uma molécula, o efeito fotoelétrico (que o próprio Hertz descobrira), a radiação do corpo negra, o efeito Compton, e de um modo geral o mecanismo das trocas entre a radiação e a matéria. 0 estudo do corpo negro levou Planck a admitir que essas trocas só se podem efetuar por verdadeiros átomos de energia, por quanta. A mecânica quãntica, que em consequência se desenvolveu, permite compreender cabalmente esses fenómenos, mas ela aparece como um regresso a uma teoria corpuscular, embora estranha, pois ao quantum de luz, o fotão, está associada uma onda de probabilidade. O que complica ainda mais as coisas é que essa onda também é eletromagnética, pois a teoria eletromagnética não pode ser abandonada, tanto mais que, em 1923, Nichols e Tear conseguiram realizar ondas hertzianas muito curtas que, estudadas por meios ópticos, se revelaram indiscerníveis dos raios infravermelhos com o mesmo comprimento de onda. Uma síntese dos dois efeitos complementares da luz foi efetuada por Dirac na teoria quantificada do campo eletromagnético que, uma vez ultrapassado o obstáculo dos cálculos, parece no estado atual da ciência, resolver corretamente todos os problemas da óptica.

ELECTROMAGNETISMO

São três os fenómenos  fundamentais do electromaqnetismo:

1) Criação de campos magnéticos por correntes eléctricas

Se fizermos passar uma corrente eléctrica num circuito próximo de uma agulha magnética verifica-se que a agulha roda, o que mostra que a corrente cria um campo magnético, fenómeno este observado, pela primeira vez, por Oersted, em 1820. O sentido em que roda a agulha é dado pela regra de Ampere.

2)Acções electromagnéticas

Indução Electromagnética

O terceiro fenómeno fundamental do electramagnetismo é a indução electromagnética, que foi descoberta por Faraday em 1831 e consiste na criação de forças electromotrizes induzidas pela variação do fluxo de indução através de uma superfície. Se o contorno da superfície for condutor, esse fenómeno electromagnético originará uma corrente induzida. O fenómeno da indução electromagnética é regido por duas leis: a lei de Lenz e a lei de Faraday.

PRÁTICA:

CARREGAR O CELULAR POR ONDAS MAGNÉTICAS JÁ É UMA REALIDADE

A Adata lança aparelho que utiliza a indução ao invés de fios comuns para passar energia para a bateria

A maior dor de cabeça dos usuários de tecnologia, atualmente, é a duração das baterias dos dispositivos portáteis. Ou melhor, a pouca duração. Mesmo assim, a indústria do setor continua apresentando novidades que, pelo menos em tese, facilitariam a vida do consumidor.

A Adata, muito conhecida pelos seus acessórios e dispositivos externos de memória (como cartões SD ), acaba de lançar o suporte de carregamento sem fio Elite Series CE 700, um carregador que utiliza da tecnologia da indução magnética, ao invés de cabos. Ou seja, é uma base recarregadora que pode ficar sobre qualquer superfície eliminando a necessidade de fios e tomadas dos dispositivos convencionais. Para acionar a função de recarga do CE700, basta colocar o telefone móvel compatível sobre a plataforma, que está conectada à rede elétrica, para que a energia seja transferida automaticamente para o celular. Ou seja, não está 100% livre de fio, pois é preciso que a base esteja ligada a uma tomada. Mesmo assim, o cabo do celular fica desnecessário. Pelo fato da energia ser transferida para o smartphone por indução magnética, evita-se também o risco de choque elétrico.

FONTES:

1.       http://www.estgv.ipv.pt/paginaspessoais/quental/trabs/cad/introducao.htm

a.        Jornal Hoje em Dia edição de 14/03/2014