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