EC10 - Impedância Elétrica

traduzido do sítio: http://www.nde-ed.org/EducationResources/HighSchool/Magnetism/Physics/impedance.php

Impedância Elétrica (Z), é a oposição total que um circuito apresenta à passagem da corrente alternada. A impedância é medida em ohms e pode incluir resistência (R), reatância indutiva (X_L) e reatância capacitiva (X_C). No entanto, a impedância total não é simplesmente calculada pela soma algébrica da resistência, reatância indutiva e reatância capacitiva. Uma vez que a reatância indutiva e a reatância capacitiva estão 90^o fora de fase com a resistência e, portanto, seus valores máximos ocorram em momentos diferentes, a adição vetorial deve ser usada para calcular a impedância.

Na imagem abaixo, é mostrado um diagrama de circuito que representa um sistema de inspeção por correntes parasitas. A sonda de corrente parasita é uma bobina, por isso contém resistência e reatância indutiva quando excitada por corrente alternada. A reatância capacitiva pode ser descartada, pois a maioria das sondas de correntes parasitas têm reatância capacitiva desprezível. A linha cheia no gráfico abaixo mostra a corrente total que circula no circuito, e que é afetada pela impedância total do circuito. As duas linhas tracejadas representam as porções da corrente afetada pela resistência e pela reatância indutiva individualmente. Pode-se ver que a linha da corrente relativa a resistência e a linha da corrente relativa a reatância indutiva estão 90^o fora de fase, por isso, quando combinadas para produzir a linha relativa a impedância total do circuito, a defasagem é algo entre zero e 90^o. A defasagem é sempre referida à linha da corrente da resistência, uma vez que a essa linha está sempre em fase com a da tensão. Se houver mais (valor de) resistência do que de reatância indutiva no circuito, a linha da corrente relativa a impedância se moverá em direção à linha da resistência e a defasagem diminuirá. Se houver mais reatância indutiva no circuito, a linha de impedância se aproximará da linha de reatância indutiva e a defasagem aumentará.

A relação entre impedância e seus componentes individuais (resistência e reatância indutiva) pode ser representada utilizando um vetor como mostrado abaixo. A amplitude (intensidade ou módulo) do componente resistência é mostrada por um vetor ao longo do eixo x (horizontal) e a amplitude da reatância indutiva é mostrada por um vetor ao longo do eixo y (vertical). A amplitude da impedância é mostrada por um vetor que se estende de zero a um ponto que representa tanto o valor de resistência na direção x quanto a reatância indutiva na direção y. aparelhos de corrente parasita com apresentação (resposta ou sinal) no plano de impedância exibem as informações presentes neste formato.

A impedância (intensidade, amplitude ou módulo) em um circuito com resistência e reatância indutiva pode ser calculada usando a seguinte equação. Se a reatância capacitiva estivesse presente no circuito, seu valor seria subtraido do termo de indução antes de eleva-lo ao quadrado.

O ângulo de fase da impedância do circuito também pode ser calculada usando trigonometria. O ângulo de fase é igual à razão entre a reatância indutiva e a resistência no circuito. Com as sondas e circuitos usados em correntes parasitas, a capacitância geralmente pode ser ignorada, por isso só a reatância indutiva precisa ser contabilizada no cálculo do ângulo de fase. O ângulo de fase pode ser calculado usando a equação abaixo. Se a reatância capacitiva estivesse presente no circuito, seu valor seria simplesmente subtraído do termo de reatância indutiva.

 Clique aqui para executar um aplicativo JavaScript sobre Impedância.

O aplicativo acima pode ser usado para ver como as variáveis na equação acima estão relacionadas gráfico vetorial no  plano de impedância). Os valores podem ser inseridos nas caixas de diálogo ou modificados movimentando a seta do vetor no gráfico até um ponto representando os valores (R, XL e XC) desejados. Observe que o termo da reatância capacitiva foi incluído no aplicativo, mas como mencionado anteriormente, em corrente parasita este valor é pequeno e pode ser ignorado.

Impedância e Lei de Ohm

Em páginas anteriores, a Lei de Ohm foi discutida para um circuito puramente resistivo. Quando há rearância indutiva ou reatância capacitiva também presentes no circuito, a Lei de Ohm deve ser escrita para incluir a impedância total no circuito. Portanto, a lei de Ohm torna-se:

I = V / Z

A lei de Ohm agora simplesmente estabelece que a corrente (I), em amperes, é proporcional à tensão (V), em volts, dividida pela impedância (Z), em ohms.

Clique aqui para executar um aplicativo JavaScript na Lei de Ohm com Impedance.

O aplicativo acima pode ser usado para ver como a corrente e a tensão de um circuito são afetadas pela impedância. O aplicativo permite que o usuário varie a indutância (L), resistência (R), tensão (V) e corrente (I). Tensão e corrente são mostradas como seriam exibidas em um osciloscópio. Observe que o valor da resistência e/ou o valor da reatância indutiva devem ser alterados para alterar a impedância no circuito.

Observe também que quando a corrente que circula no circuito é contínua (CC) não percebemos o efeito da indutância (L). E que quando há indutância no circuito (CA), a tensão e a corrente estão defasadas. Isso porque a tensão através do indutor será máxima quando a taxa de mudança da corrente é maior. Para uma forma de onda senoidal como CA, este é o ponto onde a corrente real é zero. Assim, a tensão aplicada a um indutor atinge seu valor máximo um quarto de ciclo antes da corrente, e diz-se que a tensão está adiantada da corrente em 90^o.

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