Aula 152 — Lei de Faraday-Lenz (Fluxo magnético variável)
50 minObjetivo geral
Compreender e aplicar a Lei de Faraday-Lenz, relacionando a força eletromotriz induzida com a variação do fluxo magnético ao longo do tempo.
Objetivos específicos
- Calcular o fluxo magnético através de uma superfície usando Φ = B·A·cos(θ).
- Aplicar a Lei de Faraday: ε = −N·(ΔΦ/Δt), para calcular a força eletromotriz induzida.
- Aplicar a Lei de Lenz para determinar o sentido da corrente induzida, com base na oposição à variação do fluxo.
- Relacionar a Lei de Lenz com o princípio de conservação de energia.
Conhecimentos prévios
- Indução eletromagnética: movimento relativo entre ímã e bobina gera corrente, Módulo 10, Aula 151.
- Campo magnético (B) e área de uma superfície plana, Módulo 10 (Aula 144) e Matemática (área de figuras planas).
Recursos didáticos
- Apresentação de slides — Possor_Aula152_Apresentacao.pptx.
- Calculadora (ou celular) para os cálculos numéricos dos exercícios.
- Quadro/lousa e material de escrita.
Desenvolvimento da aula
Acolhida e Sondagem de Conhecimentos Prévios
5 min · Ausubel — ativação de subsunçoresO professor pergunta: "a aula passada mostrou QUE existe corrente induzida quando há movimento. Mas o que exatamente precisa VARIAR para que isso aconteça?" Ouvir hipóteses.
Problematização Inicial
5 min · Bachelard — obstáculo epistemológico antecipadoPerguntar: quando um ímã se aproxima de uma espira, a corrente induzida nela circula num sentido qualquer, ou existe uma regra que determina esse sentido? Obstáculo a nomear (sem resolver ainda): achar que o sentido da corrente induzida é arbitrário ou depende apenas do sentido do movimento do ímã, sem relação com a conservação de energia.
Desenvolvimento Conceitual
20 min · Exposição dialogadaApresentação dos slides 2 a 9: a grandeza física que precisa VARIAR para induzir corrente é o FLUXO MAGNÉTICO (Φ), definido como Φ = B·A·cos(θ), onde B é o campo magnético, A é a área da superfície atravessada pelo campo e θ é o ângulo entre B e a normal à superfície — isso responde à pergunta do Momento 1: o fluxo pode variar porque B muda (ímã se aproximando), porque A muda (espira se deformando) ou porque θ muda (espira girando). A Lei de Faraday quantifica a força eletromotriz (fem) induzida: ε = −N·(ΔΦ/Δt), onde N é o número de espiras da bobina e ΔΦ/Δt é a taxa de variação do fluxo magnético no tempo — quanto mais rápida a variação do fluxo, maior a fem induzida. O sinal negativo da fórmula é a Lei de Lenz: a corrente induzida sempre circula num sentido tal que o campo magnético que ELA MESMA cria se OPÕE à variação do fluxo que a originou — isso resolve o obstáculo do Momento 2. Essa oposição não é arbitrária: ela é uma consequência direta da conservação de energia — se a corrente induzida reforçasse a variação do fluxo (em vez de se opor a ela), o sistema geraria energia do nada, o que violaria a primeira lei da termodinâmica.
Resolução Guiada
10 min · Vygotsky — Zona de Desenvolvimento ProximalResolução guiada: calcular coletivamente a fem induzida numa espira única cuja área é 0,02 m2, perpendicular a um campo magnético que varia de 0,5 T para 0,8 T em 0,1 s (ΔΦ = ΔB·A = 0,3×0,02 = 6×10-3 Wb; ε = ΔΦ/Δt = 6×10-3/0,1 = 0,06 V). Em duplas: discutir, usando a Lei de Lenz, por que a corrente induzida (numa espira em que o campo magnético que a atravessa está aumentando) cria um campo magnético próprio que se opõe a esse aumento.
Exercícios de Fixação
7 min · Prática independenteAplicação individual (ou em duplas) da lista de exercícios de fixação (seção 8 deste plano).
Síntese e Fechamento
3 min · Consolidação (fechamento circular)Retomar a pergunta do Momento 1: o sentido da corrente induzida não é arbitrário — ele segue a Lei de Lenz, sempre se opondo à variação do fluxo magnético que a gerou, como consequência direta da conservação de energia.
Avaliação formativa
Ao longo da aula: perguntas rápidas de verificação (Momento 3) e observação direta durante a resolução guiada (Momento 4). Ao final: correção coletiva dos exercícios.
Lista de exercícios
1. Escreva a expressão do fluxo magnético através de uma superfície, identificando cada grandeza.
Gabarito: Φ = B·A·cos(θ), onde Φ é o fluxo magnético (em weber, Wb), B é o campo magnético, A é a área da superfície e θ é o ângulo entre o campo B e a normal (perpendicular) à superfície.
2. Uma bobina de 50 espiras, com área de 0,01 m2 cada, está perpendicular a um campo magnético que varia de 0,2 T para 0,6 T em 0,2 s. Calcule a força eletromotriz induzida (em módulo).
Gabarito: ΔΦ = ΔB·A = (0,6−0,2)×0,01 = 4×10-3 Wb. |ε| = N·(ΔΦ/Δt) = 50×(4×10-3/0,2) = 50×0,02 = 1 V.
3. Enuncie a Lei de Lenz e explique sua relação com a conservação de energia.
Gabarito: A Lei de Lenz afirma que a corrente induzida circula sempre num sentido tal que o campo magnético por ela criado se opõe à variação do fluxo magnético que a originou. Essa oposição é necessária pela conservação de energia: se a corrente induzida reforçasse a variação do fluxo, o sistema produziria energia sem uma fonte externa, o que violaria a conservação de energia.
4. Uma espira permanece com área e campo magnético constantes, mas gira de forma que o ângulo θ entre o campo e a normal à espira muda continuamente. Há indução de corrente nessa espira? Justifique.
Gabarito: Sim. Mesmo com B e A constantes, a variação de θ faz o fluxo magnético Φ = B·A·cos(θ) variar ao longo do tempo, o que induz uma força eletromotriz na espira, pela Lei de Faraday.
5. Por que o fluxo magnético é nulo quando o plano de uma espira é paralelo às linhas de campo magnético (θ = 90° em relação à normal)?
Gabarito: Porque Φ = B·A·cos(θ), e cos(90°) = 0; quando o plano da espira é paralelo ao campo, nenhuma linha de campo "atravessa" a área da espira de fato, resultando em fluxo magnético nulo.
Observações e extensão
Próxima aula: Transformadores Elétricos (Aumento e queda de tensão). Nota para o professor: vale reforçar visualmente com um gráfico Φ×t simples (uma reta crescente) e destacar que a fem induzida é dada pela INCLINAÇÃO desse gráfico — isso ajuda na próxima aula, sobre transformadores, que dependem de um fluxo VARIÁVEL constantemente.