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EC-07 - Auto Indutância e Reatância Indutiva

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

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.

solenoide

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.

lei de Faraday bobina

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.

Equacao da inducao
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.

Lei de Lenz

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.

reatância

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


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