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O fenômeno de auto indutância é
uma forma particular da indução eletromagnética. A auto indutância é
definida como a indução de uma tensão em um fio pelo qual está passando
uma corrente, quando a corrente nesse fio está mudando ao longo do
tempo. No caso da
auto indutância, o campo magnético criado pela variação da corrente que
circula no próprio circuito induz uma tensão nesse circuito. Portanto,
a
tensão é auto induzida.
O
termo indutor é usado para descrever um elemento de um circuito
elétrico que possui
a propriedade da indução e uma bobina é um indutor muito comum.
Nos diagramas de circuito, a bobina é geralmente usada para
indicar um componente indutivo. A observação detalhada de uma
bobina ajudará a entender a razão pela qual uma tensão é induzida no
fio no qual circula uma corrente variável no tempo. A corrente
alternada circulando através de uma bobina cria um campo magnético
dentro e ao redor da bobina. A corrente CA aumenta, diminui e inverte
ao longo do tempo. O campo
magnético forma laços ("loops") concêntricos que circundam o fio nas
espiras e se juntam para
formar laços maiores que circundam toda a bobina, como mostrado na
figura
abaixo. Quando a corrente aumenta em uma determinada posição do fio
(laço ou "loop"), o campo magnético em
expansão passará a cortar também alguns ou todos os laços de fios
vizinhos, induzindo tensão nestes outros laços. Isso faz com que surja (seja induzida) uma tensão na
bobina quando a corrente está variando.
Ao
analisar a figura de uma bobina, pode-se ver que o número de espiras
(voltas) da bobina terá um efeito sobre a quantidade de tensão elétrica
que é induzida no
circuito da bobina. Aumentando o número de espiras ou a taxa de mudança
do fluxo
magnético aumenta a quantidade de tensão induzida. Portanto, a Lei de Faraday deve ser modificada para uma bobina e se torna a seguinte.
Onde:
VL = voltagem induzida pela bobina em volts
N = número de espiras da bobina
dø/dt = razão de variação do fluxo magnéticos em webers por segundo
Essa equação simplesmente indica que a quantidade de tensão induzida (VL)
é proporcional ao número de voltas na bobina e à taxa de alteração do
fluxo magnético (dø/dt). Em outras palavras, quando a freqüência de variação do
fluxo é aumentada ou o número de voltas na bobina é aumentado, a
quantidade de tensão induzida também aumenta.
Em
um circuito, é muito mais fácil medir a corrente elétrica do que medir o fluxo
magnético, de modo que a seguinte equação a seguir pode ser usada para
determinar a tensão induzida se a indutância (L) e a freqüência de variação da corrente são
conhecidas. Esta equação também pode ser reorganizada para permitir que
a indutância seja calculada quando a quantidade de tensão induzida
pode ser determinada e a freqüência da corrente é conhecida.
Onde:
VL = voltagem induzida em
volts
L = indutância da bobina em Henries
di/dt = taxa de variação da corrente em amperes por segundos
Lei de Lenz
Logo
após Faraday propor sua lei de indução, Heinrich Lenz desenvolveu uma
regra para determinar a direção da corrente induzida em uma espira.
Basicamente, a
lei de Lenz diz que a corrente induzida tem direção tal que o campo magnético por ela produzida se opõe ao no campo magnético variável que
induziu a corrente. Isso
significa que a corrente induzida em um condutor se oporá à corrente
variável que está fazendo o fluxo magnético mudar. A lei de Lenz é
importante na compreensão da grandeza reatância indutiva, que é uma
das grandezas medidas no ensaio de correntes parasitas.
Clique aqui para executar esse aplicativo da Lei de Lenz.
Reatância Indutiva A razão para a redução da corrente elétrica em um circuito devido a presença de bobinas e ao fenômeno de indução é chamada de reatância indutiva. Ao
observar detalhadamente uma bobina e aplicar a lei de
Lenz, pode-se ver como a indutância reduz o fluxo de corrente no
circuito. Na figura abaixo, a direção da corrente primária (principal aplicada pela fonte de energia elétrica) é mostrada em vermelho, e o campo magnético gerado por essa corrente é mostrado em azul.
A direção do campo magnético pode ser determinada pegando sua mão
direita e apontando o polegar na direção da corrente. Seus dedos
então apontarão na direção do campo magnético. Pode-se ver que esse campo
magnético de uma espira (induzido pela corrente primaria) cortará as outras espiras da bobina e isso
induzirá um fluxo de corrente (mostrado em verde)
no circuito. De acordo com a lei de Lenz, a corrente induzida deve
fluir na direção oposta da corrente primária. A corrente induzida
trabalhando contra a corrente primária resulta em uma redução do fluxo líquido de corrente elétrica no circuito.
Deve-se
notar que a reatância indutiva aumentará se o número de voltas (espiras) da bobina
for aumentado, uma vez que o campo magnético da bobina terá mais
espiras para interagir.
Da
mesma forma que a resistência elétrica ohmica num circuito contendo
resistores, a reatância indutiva reduz o fluxo de
corrente em um circuito elétrico contendo bobinas. No entanto, é
possível distinguir entre
os efeitos de resistência e da reatância indutiva em um circuito
elétrico observando as senoides de variação no tempo da tensão e da
corrente quando o circuito é alimentado por corrente alternada (CA). Em
um
circuito CA que contém apenas componentes resistivos, a tensão e a
corrente estarão em fase, o que significa que os seus máximos (picos) e
os seus mínimos (vales) das ondas senoide que os representam ocorrerão
ao mesmo tempo. Quando houver reatância indutiva presente no circuito,
a fase da corrente será deslocada para que seus
picos e vales não ocorram ao mesmo tempo que os da tensão, na realidade
ocorram atrasados dos da tensão. Isso será
discutido com mais detalhes na seção sobre circuitos.
Para exercitar a influência da resistência ohmica e da
reatância indutiva na defasagem da tensão e da corrente alternada na
lei de Ohm, acessar a planilha em:
https://drive.google.com/file/d/1ru-QFJrcZzd4zpSxLdTqYrZkAb4PTiY2/view?usp=sharing
https://rocarneval.neocities.org/EC_07-AutoIndutancia.html
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