Laboratório da lei de Faraday — íman, bobina e galvanómetro
Um íman em barra, uma bobina de fio de cobre e um galvanómetro com o zero ao centro na mesma bancada: a experiência de Faraday em três passos. Introduz o íman e o ponteiro desvia-se; deixa-o parado dentro da bobina e o ponteiro volta ao zero, embora o fluxo esteja agora no máximo; retira-o e o ponteiro desvia-se para o outro lado. Depois, quatro comparações de um só clique medem o que determina o tamanho do desvio.
Como usar esta simulação
- Fazer a experiência: o único botão principal reproduz os três passos por ordem — introduzir, segurar, retirar.
- Cada botão de passo executa esse passo sozinho, e o painel ao lado da cena explica o que está a acontecer e o que observar a seguir.
- Compara dois empurrões: quatro botões executam, cada um, um par de ensaios medidos — duas vezes mais rápido, o dobro das espiras, o íman invertido e a bobina a mover-se em vez do íman.
- Arrasta tu próprio o íman ou a bobina ao longo do eixo e toca no interruptor de faca da bancada para abrir ou fechar o circuito.
- «Ajustar a montagem» reúne a velocidade do empurrão, um movimento contínuo de entrada e saída ou através da bobina, o número de espiras, a intensidade do íman, a resistência do circuito e a escala do galvanómetro; «Mais medições» acrescenta gráficos em tempo real de Φ e ε e a exportação de dados.
O que observar
- O ponteiro só se move enquanto algo se move: com o íman parado dentro da bobina, o fluxo é máximo e a corrente é zero.
- Introduzir e retirar o íman desviam o ponteiro em sentidos opostos.
- A extremidade da bobina voltada para o íman torna-se o mesmo polo que o polo que se aproxima e o polo oposto quando ele se afasta: a reação da lei de Lenz.
- O dobro da velocidade ou o dobro das espiras dão o dobro da corrente máxima; inverter o íman dá o mesmo desvio para o outro lado.
- Com o interruptor aberto continua a ser induzida uma f.e.m., mas não circula corrente.
A física por trás
A lei de Faraday diz que a f.e.m. induzida numa bobina é igual à taxa de variação do fluxo que a atravessa: ε = −N ΔΦ/Δt. O laboratório calcula o fluxo através de cada espira separadamente, a partir de um íman modelado como uma linha de pequenos dipolos, soma as espiras para obter o fluxo total NΦ e deriva-o, pelo que cada leitura é calculada e não animada. Um íman em repouso dá o fluxo máximo e nenhuma f.e.m. Duplicar a velocidade do mesmo empurrão duplica a taxa de variação e, com ela, a corrente máxima; duplicar as espiras duplica a f.e.m. A lei de Lenz fixa o sentido: a corrente induzida opõe-se sempre à variação, por isso um polo N que se aproxima encontra um polo N na bobina e é repelido, enquanto um que se afasta é atraído por um polo S. Só conta o movimento relativo: deslizar a bobina até um íman fixo dá exatamente o mesmo desvio.