Campos magnéticos e indutância

Sempre que os elétrons fluem através de um condutor, um campo magnético se desenvolve em torno desse condutor. Este efeito é chamado de eletromagnetismo .

Os campos magnéticos afetam o alinhamento dos elétrons em um átomo e podem causar o desenvolvimento de força física entre os átomos no espaço, da mesma forma que os campos elétricos desenvolvem força entre partículas eletricamente carregadas. Como os campos elétricos, os campos magnéticos podem ocupar um espaço completamente vazio e afetar a matéria à distância.

Força de campo e fluxo de campo

Os campos têm duas medidas:um campo força e um campo fluxo . O campo force é a quantidade de “empurrão” que um campo exerce sobre uma certa distância. O campo fluxo é a quantidade total, ou efeito, do campo através do espaço. A força de campo e o fluxo são aproximadamente análogos à tensão ("impulso") e corrente (fluxo) através de um condutor, respectivamente, embora o fluxo de campo possa existir em um espaço totalmente vazio (sem o movimento de partículas como elétrons), enquanto a corrente só pode ocorrer onde há elétrons livres para se mover.

O fluxo de campo pode ser oposto no espaço, assim como o fluxo de elétrons pode ser oposto pela resistência. A quantidade de fluxo de campo que se desenvolverá no espaço é proporcional à quantidade de força de campo aplicada, dividida pela quantidade de oposição ao fluxo. Assim como o tipo de material condutor dita a resistência específica do condutor à corrente elétrica, o tipo de material que ocupa o espaço através do qual uma força de campo magnético é impressa dita a oposição específica ao fluxo do campo magnético.

Enquanto um fluxo de campo elétrico entre dois condutores permite um acúmulo de carga eletrônica livre dentro desses condutores, um fluxo de campo magnético permite que uma certa “inércia” se acumule no fluxo de elétrons através do condutor que produz o campo.

Campos magnéticos mais fortes com indutores

Indutores são componentes projetados para tirar vantagem desse fenômeno, moldando o comprimento do fio condutor na forma de uma bobina. Essa forma cria um campo magnético mais forte do que seria produzido por um fio reto. Alguns indutores são formados com fio enrolado em uma bobina autossustentada.

Outros enrolam o fio em um material de núcleo sólido de algum tipo. Às vezes, o núcleo de um indutor será reto e, outras vezes, será unido em um loop (quadrado, retangular ou circular) para conter totalmente o fluxo magnético. Todas essas opções de design afetam o desempenho e as características dos indutores.

O símbolo esquemático de um indutor, como o capacitor, é bastante simples, sendo pouco mais do que um símbolo de bobina representando o fio enrolado. Embora uma forma de bobina simples seja o símbolo genérico para qualquer indutor, indutores com núcleos às vezes são distinguidos pela adição de linhas paralelas ao eixo da bobina. Uma versão mais recente do símbolo do indutor dispensa a forma da bobina em favor de várias "saliências" consecutivas:







Como a corrente elétrica produz um campo magnético concentrado ao redor da bobina, esse fluxo de campo equivale a um armazenamento de energia que representa o movimento cinético dos elétrons através da bobina. Quanto mais corrente na bobina, mais forte será o campo magnético e mais energia o indutor armazenará.







Como os indutores armazenam a energia cinética dos elétrons em movimento na forma de um campo magnético, eles se comportam de maneira bem diferente dos resistores (que simplesmente dissipam energia na forma de calor) em um circuito. O armazenamento de energia em um indutor é uma função da quantidade de corrente que passa por ele.

A capacidade de um indutor de armazenar energia em função da corrente resulta em uma tendência de tentar manter a corrente em um nível constante. Em outras palavras, os indutores tendem a resistir a mudanças na atual. Quando a corrente através de um indutor é aumentada ou diminuída, o indutor "resiste" à mudança produzindo uma tensão entre seus terminais em polaridade oposta à mudança .

Para armazenar mais energia em um indutor, a corrente que passa por ele deve ser aumentada. Isso significa que seu campo magnético deve aumentar em intensidade, e essa mudança na intensidade do campo produz a tensão correspondente de acordo com o princípio da auto-indução eletromagnética.

Por outro lado, para liberar energia de um indutor, a corrente que passa por ele deve ser diminuída. Isso significa que o campo magnético do indutor deve diminuir em força e que a mudança na força do campo auto-induz uma queda de tensão de polaridade oposta.

Hipoteticamente, um indutor deixado em curto-circuito manterá uma taxa constante de corrente através dele sem ajuda externa:







Praticamente falando, no entanto, a capacidade de um indutor de auto-sustentar a corrente é realizada apenas com fio supercondutor, já que a resistência do fio em qualquer indutor normal é suficiente para fazer com que a corrente diminua muito rapidamente sem nenhuma fonte externa de energia.

Quando a corrente através de um indutor é aumentada, ele cai uma tensão oposta à direção do fluxo da corrente, agindo como uma carga de energia. Nesta condição, diz-se que o indutor está carregando , porque há uma quantidade crescente de energia sendo armazenada em seu campo magnético. Observe a polaridade da tensão em relação à direção da corrente:







Por outro lado, quando a corrente através do indutor é diminuída, ele cai uma tensão auxiliando na direção do fluxo da corrente, agindo como uma fonte de energia. Nesta condição, diz-se que o indutor está descarregando , porque seu estoque de energia está diminuindo à medida que ele libera energia de seu campo magnético para o resto do circuito. Observe a polaridade da tensão em relação à direção da corrente.







Se uma fonte de energia elétrica for repentinamente aplicada a um indutor não magnetizado, o indutor inicialmente resistirá ao fluxo de corrente reduzindo a tensão total da fonte. Conforme a corrente começa a aumentar, um campo magnético cada vez mais forte será criado, absorvendo energia da fonte. Eventualmente, a corrente atinge um nível máximo e para de aumentar. Nesse ponto, o indutor para de absorver energia da fonte e diminui a tensão mínima em seus terminais, enquanto a corrente permanece em um nível máximo.

Conforme um indutor armazena mais energia, seu nível de corrente aumenta, enquanto sua queda de tensão diminui. Observe que isso é exatamente o oposto do comportamento do capacitor, em que o armazenamento de energia resulta em um aumento da tensão no componente! Enquanto os capacitores armazenam sua carga de energia mantendo uma tensão estática, os indutores mantêm sua “carga” de energia mantendo uma corrente constante através da bobina.

O tipo de material em que o fio é enrolado tem um grande impacto na força do fluxo do campo magnético (e, portanto, na quantidade de energia armazenada) gerado para qualquer quantidade de corrente através da bobina. Núcleos de bobinas feitos de materiais ferromagnéticos (como ferro macio) irão encorajar fluxos de campo mais fortes a se desenvolverem com uma determinada força de campo do que substâncias não magnéticas como alumínio ou ar.

O que é indutância?

A medida da capacidade de um indutor de armazenar energia para uma determinada quantidade de fluxo de corrente é chamada de indutância . Não surpreendentemente, a indutância também é uma medida da intensidade da oposição às mudanças na corrente (exatamente quanta tensão auto-induzida será produzida para uma dada taxa de mudança da corrente). A indutância é simbolicamente indicada com "L" maiúsculo e é medida na unidade de Henry, abreviado como "H."

Choke vs. Indutor

Um nome obsoleto para um indutor é choke , assim chamado por seu uso comum para bloquear (“sufocar”) sinais CA de alta frequência em circuitos de rádio. Outro nome para um indutor, ainda usado nos tempos modernos, é reator , especialmente quando usado em grandes aplicações de energia. Ambos os nomes farão mais sentido depois de estudar a teoria do circuito de corrente alternada (CA) e, especialmente, um princípio conhecido como reatância indutiva .



REVER:

• Os indutores reagem contra mudanças na corrente diminuindo a tensão na polaridade necessária para se opor à mudança.
• Quando um indutor é confrontado com uma corrente crescente, ele atua como uma carga:criando tensão à medida que absorve energia (positiva no lado da entrada da corrente e negativa no lado da saída da corrente, como um resistor).
• Quando um indutor se depara com uma corrente decrescente, ele atua como uma fonte:criando voltagem conforme libera energia armazenada (negativa no lado da entrada da corrente e positiva no lado da saída da corrente, como uma bateria).
• A capacidade de um indutor de armazenar energia na forma de um campo magnético (e, conseqüentemente, de se opor às mudanças na corrente) é chamada de indutância . É medido na unidade do Henry (H).
• Os indutores costumavam ser comumente conhecidos por outro termo: choke . Em aplicações de alta potência, às vezes são chamados de reatores .

PLANILHAS RELACIONADAS:

• Planilha de indutância