Toolyard

Simulador de indução eletromagnética

Equações desta simulação

ε = −N dΦ ÷ dt
εfem induzidaa tensão que o fluxo variável impulsiona pela bobina; o sinal de menos é a lei de Lenz: a corrente se opõe à variação
NEspiras da bobina N (ou do primário)cada espira acrescenta a mesma fem
Φfluxo magnético por uma espiraem webers; o gráfico mostra como ε depende de onde está o ímã

Com os valores atuais:

Φ = μ₀ m a² ÷ (2 (a² + d²)^(3/2))
mIntensidade do ímã m (A·m²)o momento de dipolo do ímã; um ímã de neodímio de 1 cm³ tem cerca de 1 A·m²
araio da bobina2 cm
ddistância do centro do ímã até a espirao ímã é tratado como um dipolo pontual, o que é aproximado quando ele está dentro da bobina

Com os valores atuais:

I = ε ÷ (R_coil + R)
RResistência de carga R (ohms)o próprio fio da bobina acrescenta 0,02 Ω por espira

Com os valores atuais:

ε = N B A ω sin ωt, ε_peak = N B A ω, ε_rms = ε_peak ÷ √2
BCampo B (tesla, gerador)uniforme entre os polos
AÁrea da bobina A (cm², gerador)o fluxo pela bobina é N B A cos ωt
ωvelocidade angular, 2πfde Frequência f (Hz, gerador e transformador)

Com os valores atuais:

V_s ÷ V_p = N_s ÷ N_p, V_p I_p = V_s I_s
V_p, V_stensão do primário e do secundárioum transformador ideal: sem perdas, todo o fluxo passa pelas duas bobinas
N_sEspiras do secundário N_s (transformador)mais espiras que o primário elevam a tensão e baixam a corrente

Com os valores atuais:

Como usar o simulador de indução eletromagnética

  1. Com Um ímã e uma bobina, o ímã entra e sai da bobina sozinho, atravessa de um lado a outro, ou segue o controle de posição se você escolher À mão. O galvanômetro desvia para um lado quando o ímã entra e para o outro quando ele sai, e fica em zero enquanto o ímã está parado: só um fluxo que muda produz corrente. As letras sobre a bobina mostram seus polos induzidos, que sempre se opõem à mudança (lei de Lenz).
  2. Mude a velocidade, a intensidade do ímã e o número de espiras, e veja a fem crescer com cada um, como diz a lei de Faraday. Inverta o ímã para inverter a corrente. O gráfico mostra a fem que o ímã produz em cada posição na velocidade escolhida: um pico ao entrar, um pico oposto ao sair e zero no meio.
  3. Passe para o gerador para girar uma bobina num campo uniforme e ver sair uma onda senoidal, com seus valores de pico e eficaz, ou para o transformador para elevar ou abaixar uma tensão com a razão de espiras. Marque a corrente contínua para ver que o transformador não dá nada. A Calculadora da lei de Ohm calcula a corrente na carga.

Perguntas frequentes

O que é a lei da indução de Faraday?

Um fluxo magnético que muda através de uma bobina induz uma fem igual ao número de espiras vezes a rapidez com que o fluxo muda: ε = −N dΦ ÷ dt. Mover o ímã mais rápido, usar um ímã mais forte ou acrescentar espiras aumenta a tensão. Um ímã parado dentro da bobina não induz nada.

O que significa a lei de Lenz?

A corrente induzida circula no sentido que se opõe à mudança que a causou; é o sinal de menos da lei de Faraday. Um ímã que entra encontra uma bobina cuja ponta mais próxima vira o mesmo polo e o repele; um que sai é puxado de volta. É preciso fazer trabalho contra essa força, e é daí que vem a energia elétrica.

Como um gerador produz corrente alternada?

Uma bobina girando num campo magnético tem um fluxo N B A cos ωt que muda o tempo todo, então produz uma fem N B A ω sen ωt. A tensão se inverte duas vezes por volta. As usinas giram seus geradores 50 ou 60 vezes por segundo, o que define a frequência da rede.

Por que um transformador não funciona com corrente contínua?

Um transformador funciona porque a corrente alternada no primário cria um fluxo variável no núcleo, que induz uma tensão no secundário. Uma corrente contínua constante cria um fluxo constante, então, depois do instante em que é ligada, não há mudança nem saída. Pior, o primário fica limitado só pela resistência do fio e pode superaquecer.

Diz que o WebGL está desativado.

A visualização 3D precisa de WebGL, que todo navegador atual tem. Ele pode ser desativado pela aceleração de hardware desligada nas configurações do navegador, ou por um driver gráfico muito antigo. Ligue a aceleração de hardware ou tente outro navegador.

Alguma coisa é enviada?

Não. A simulação é desenhada pelo seu próprio navegador com WebGL; nada é enviado a lugar nenhum, e ela continua funcionando offline depois que a página carrega.

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