domingo, 13 de novembro de 2011

Indutor: Uma Visão Básica



   Olá a todos os leitores deste blog. Hoje falarei sobre um famoso componente da eletrônica: o indutor. Apesar de sua importância, muitas vezes ele é visto como um coadjuvante da eletrônica, mas garanto que não o é. Ele é um componente passivo chamado reativo. Mas, afinal, o que ele é? Como ele funciona? Essas dúvidas serão respondidas nesse post.

   Fisicamente, o indutor consiste de um fio enrolado, que é conhecido por bobina. Cada volta dessa bobina é chamada de espira. Quando uma corrente elétrica atravessa o fio dessa bobina cria um campo magnético nessas espiras. Dessa forma a energia elétrica é convertida na energia desse campo magnético. Podemos dizer então que a função do indutor é armazenar energia em forma de campo magnético. A capacidade do indutor de criar um fluxo de campo magnético com uma determinada corrente é denominada indutância, e medida em Henrys, cujo símbolo é H, onde:

$$ \Large L = \frac{\phi}{i}$$

Onde:

L é a indutância, medida em Henrys [H];
\(\phi\) é o fluxo magnético, medida em Webers [Wb];
i é a corrente elétrica que atravessa o condutor, medida em Ampères [A];

Por ser constituído simplesmente de um fio enrolado, o seu símbolo nos diagramas esquemáticos é o seguinte:


   O primeiro símbolo é o indutor com núcleo de ar. Núcleo é a parte onde o fio é enrolado. Nesse caso, o fio não é enrolado em nada, ou seja, seu núcleo é de ar. Essa simbologia também é usada para representar um indutor qualquer, quando a informação do tipo de núcleo não é relevante. O segundo é usado para representar o indutor com núcleo de ferro e, o último, para representar os indutores com indutância variável. Eu admito nunca ter visto um desse último tipo, mas em todo caso, é melhor conhecer...

   Enfim, vamos analisar o comportamento do indutor. Quando uma corrente em CC atravessa o indutor, cria nele um campo magnético \(\vec{B}\) em cada espira. O campo formado por cada espira individualmente se soma, criando assim o campo da bobina. Dessa forma são gerados um pólo norte e um pólo sul e a bobina passa a se comportar como um eletroímã. É interessante observar que quando a corrente passa pela primeira espira (por enquanto, apenas pela primeira) do indutor, é gerado um pequeno campo magnético. Essas linhas de campo magnético criadas pela primeira espira cortam as outras espiras, induzindo algo conhecido como Força Contra-Eletromotriz (FCEM). Essa força contra-eletromotriz tenta impedir a passagem da corrente que a criou. Isso gera uma oposição extra a passagem de corrente. Então para o indutor, não temos apenas a resistência ôhmica do fio. Temos também essa FCEM induzida, cuja oposição a passagem de corrente é chamada de reatância indutiva.

   Mas essa oposição se dá devido a variação do campo magnético causado pela variação da corrente no indutor. No exemplo do caso CC, perceba que o indutor só apresenta essa reatância quando a corrente por ele aumenta, que é o momento em que começamos a alimentar a bobina. . Por isso, na corrente contínua, esse efeito logo se cancela e a fonte passa a "enxergar" apenas a resistência ôhmica do fio do enrolamento, que muitas vezes equivale a um curto-circuito. Porém, quando o assunto é corrente alternada, a história é diferente...

   Como na corrente alternada, a corrente está sempre variando (por isso se chama corrente ALTERNADA), esse efeito chamado reatância indutiva não termina. Dessa forma não podemos considerar somente a resistência ôhmica do fio, devemos incluir os efeitos da reatância indutiva. Quanto maior a frequência do sinal aplicado, mais rápida é a variação da corrente e com mais intensidade se dá o fenômeno de oposição a passagem de corrente. A expressão para o cálculo da reatância indutiva é bastante simples, sendo mostrada abaixo:

$$ \Large X_L = 2 \pi f L $$

Onde:

\(X_L\) é a reatância indutiva, medida em ohms [\(\Omega\)];
f é a frequência do sinal, medida em Hertz [Hz;];
L é a indutância da bobina, medida em Henrys [H].

   Mas, fisicamente, o que define a indutância de uma bobina? Vamos responder essa pergunta pensando. A indutância aumenta quando o fluxo magnético aumenta. O fluxo total é a soma do fluxo de cada espira separada. Então, quanto mais espiras tivermos, mais fluxo teremos e, assim, mais indutância. A indutância também aumenta em proporção direta com a área da seção transversal do fio. Ou seja, se o diâmetro aumenta, a indutância aumenta. O núcleo da bobina também faz a diferença. Se enrolarmos a bobina em uma barra de ferrite, que permite facilmente a passagem do campo magnético, teremos um fluxo melhor do campo e, dessa forma, maior indutância. Enrolar a bobina em camadas também aumenta a indutância, pois cada camada ajuda na "somatória" do campo criado independentemente por cada espira.

   Um fator que diminui a indutância é aumentar o comprimento da bobina sem aumentar o número de espiras. Pois, dessa forma, estaremos afastando as espiras entre si, de forma que o campo criada por uma está mais afastado do campo criado pela outra. Assim a soma dos campos se torna mais difícil, o fluxo total final se torna menor e, com isso, a indutância também diminui.

   Isso é basicamente tudo o que precisamos saber por enquanto sobre a construção e o funcionamento dos indutores. Para encerrar, irei falar um pouco de suas aplicações. A principal delas é o transformador, que usa enrolamentos para aumentar ou rebaixar tensões alternadas. Você perceberá que um transformador não funciona com tensão contínua (não faça o teste, pois isso danifica o enrolamento primário do trafo), pois o transformador funciona quando o primário induz uma tensão no secundário. O secundário só irá ter uma tensão induzida quando for atravessado por um campo magnético variável criado pelo primário, e o campo do primário só será variável se a corrente que o atravesse também for. Assim o transformador só funciona com corrente alternada. Quem sabe, futuramente iremos estudar esses conceitos mais afundo...


   Outra aplicação das bobinas são eletroímãs. Eles ocorrem quando passamos uma corrente CC por um indutor. Assim, o campo magnético criado pelo indutor será fixo, apresentando um pólo sul e um pólo norte e se comportando como um imã. Esse princípio é aplicado em trancas acionadas eletronicamente, em relés e até em motores, embora nesse último caso seja de uma forma um pouco diferente. Quem sabe um dia eu fale sobre motores...


   Mas, por enquanto, o melhor que faço é me despedir. Vimos que as bobinas são componentes muito úteis em diversas aplicações. No próximo post eu vou comentar sobre o comportamento da corrente e da tensão na presença de uma reatância indutiva e também sobre a associação de indutâncias. Existe a associação série, paralelo e a indutância mútua, que é quando o campo de uma bobina interfere nas espiras de outra. Enfim, tudo isso é assunto para uma outra hora. Até lá se cuidem e continuem estudando. Abraço!


3 comentários:

  1. Excelente explicações, sou aluno do Curso de Engenharia Elétrica, ajudou muito minha pesquisa. Quando falará sobre transformadores?

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    1. Bom, primeiramente, obrigado. Eu gosto quando o blog é útil para alguém. E quanto a falar de transformadores, também sou aluno de engenharia e tempo é algo que não sobra depois de trabalhar e estudar o dia inteiro =/. Faz tempo que não posto nada, mas prometo que assim que sobrar um tempo, farei algo sobre transformadores. Obrigado pela dica. ;) Abraço.

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  2. Humm.. gráficos não estão carregando....

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