EC-14 - Circuitos de Ressonância

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

Qualquer circuito contendo capacitâncias e indutâncias possui uma freqüência de ressonância que é inversamente proporcional a raíz quadrada do produto da capacitância pela indutância.

As sondas de correntes parasitas normalmente têm uma freqüência ou uma faixa de freqüências para as quais são projetadas para operar. Quando a sonda é operada fora deste intervalo, podem ocorrer problemas com os dados. Quando uma sonda é operada em uma freqüência muito alta, a ressonância pode ocorrer no circuito. Em um circuito paralelo com resistência (R), indutância (X_L = 2pfL) e capacitância (X_C = 1 / 2pfC), à medida que a freqüência aumenta X_L aumenta e X_C diminui. A ressonância ocorre quando X_L e X_C são iguais, mas opostos em força. Na freqüência ressonante, a impedância total do circuito parece vir apenas da resistência desde que X_L e X_C se cancelam. Cada circuito contendo capacitância e indutância tem uma freqüência ressonante que é inversamente proporcional à raiz quadrada do produto da capacitância e indutância.

Mesmo circuitos não contendo componentes discretos para resistência, capacitância, e indutância ainda podem exibir seus efeitos relativos. Por exemplo, o cabo coaxial usado para inter conectar partes de aparelhos eletrônicos ou aparelho a sonda, possuem alguma capacitância e indutância.  Essas capacitâncias e indutâncias dostribuidas ao longo do cabo são muito pequenas, mas não desprezíveis em circuitos muito sensíveis.

Em sondas e cabos de corrente eddy, é comumente afirmado que a capacitância é insignificante. No entanto, mesmo circuitos que não contenham componentes discretos para resistência, capacitância e indutância ainda podem exibir seus efeitos. Quando dois condutores são colocados lado a lado, há sempre alguma capacitância entre eles. Assim, quando muitas voltas de arame são colocadas juntas em uma bobina, uma certa quantidade de capacitância perdida é produzida. Além disso, o cabo usado para interligar peças de equipamentos eletrônicos ou equipamentos a sondas, muitas vezes tem alguma capacitância, bem como, indutância. Essa capacitância perdida é geralmente muito pequena e, na maioria dos casos, não tem efeito significativo. No entanto, eles não são insignificantes em circuitos sensíveis e em altas freqüências eles se tornam bastante importantes.

O aplicativo, com "link" indicado abaixo representa uma sonda de corrente parasita com uma freqüência ressonante padrão de cerca de 1,0 kHz. Uma sonda ideal deve conter apenas a indutância, mas uma sonda real tem também alguma resistência e alguma capacitância. O aplicativo mostra inicialmente um único ciclo da corrente de 1,0 kHz passando pelo indutor.

Clique aqui para executar um aplicativo JavaScript da Freqüência de Ressonância de um circuito RLC.

Um outro sitio que pode ser utilizado para analisar a freqüência de ressonância em circuitos RLC é o que é acessado no "link" aqui. Nesse sitio apresenta-se um circuito, aparentemente em série, onde:

1. As variáveis de entrada são:
1. freqüência de excitação do circuito (variável de 10 a 100 Hz);
2. resistência ohmica (variável de 10 a 100 ohms);
3. indutância (variável de 100 a 5000 miliHenries);
4. capacitância (variável de 100 a  4000 microFarads).
2. As respostas de saída são:
1. a corrente é observada na forma gráfica no tempo
2. a impedância é calculada em ohms;
3. a freqüência de ressonância é calculada em hertz.
   

Ainda é possível analisar a freqüência de ressonância em circuitos RLC, por meio de uma planilha acessível em:

https://drive.google.com/file/d/1SlSEL6NZJbxNy4yNXsBrEb4KTzfxkwaX/view?usp=sharing

Exercício 1: Modifique o valor da resistência e responda. A freqüência de ressonância muda?

Exercício 2: Observe que a alteração da indutância e/ou da capacitância altera a freqüência de ressonância desses circuitos ressonantes. Você pode encontrar várias combinações de capacitância e indutância que ressoam a 1,0 kHz (no aplicativo Java), a 50 Hz (no sitio indicado), e a 2 kHz na planilha?

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