Indutor

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Um indutor é um dispositivo elétrico passivo que armazena energia na forma de campo magnético, normalmente combinando o efeito de vários loops da corrente elétrica.

O indutor pode ser utilizado em circuitos como um filtro passa baixa, rejeitando as altas frequências.[1] [2]

Também costuma ser chamado de bobina, choke ou reator.

Indutores miniatura

Construção[editar | editar código-fonte]

Um indutor é geralmente construído como uma bobina de material condutor, por exemplo, fio de cobre. Um núcleo de material ferromagnético aumenta a indutância concentrando as linhas de força de campo magnético que fluem pelo interior das espiras. Indutores podem ser construídos em circuitos integrados utilizando o mesmo processo que é usado em chips de computador. Nesses casos, normalmente o alumínio é utilizado como material condutor. Porém, é raro a construção de indutores em CI's; eles são volumosos em uma pequena escala, e praticamente restritos, sendo muito mais comum o uso de um circuito chamado "gyrator", que utiliza um capacitor comportando-se como se fosse um indutor.[3]

Pequenos indutores usados para frequências muito altas são algumas vezes feitos com um fio passando através de um cilindro de ferrite.

Indutância[editar | editar código-fonte]

Indutância é a grandeza física associada aos indutores, é simbolizada pela letra L, medida em henry (H), e representada graficamente por um fio helicoidal.[4] Em outras palavras é um parâmetro dos circuitos lineares que relaciona a tensão induzida por um campo magnético variável à corrente responsável pelo campo. A tensão entre os terminais de um indutor é proporcional à taxa de variação da corrente que o atravessa. Matematicamente temos:

u(t) = L \frac{di(t)}{dt}

onde:

u(t) é a tensão instantânea -> sua unidade de medida é o volt (V)
L é a indutância -> sua unidade de medida é o Henry (H)
i(t) é a corrente instantânea -> sua unidade de medida é o ampere (A)
t é o tempo (s)

Energia[editar | editar código-fonte]

A energia (medida em joules, no SI) armazenada num indutor é igual à quantidade de trabalho necessária para estabelecer o fluxo de corrente através do indutor e, consequentemente, o campo magnético. É dada por:

E_\mathrm{armazenada} = {1 \over 2} L I^2

onde I é a corrente que circula pelo indutor.[5]

Em circuitos elétricos[editar | editar código-fonte]

Um indutor resiste somente a mudanças de corrente.[6] Um indutor ideal não oferece resistência para corrente contínua, exceto quando a corrente é ligada e desligada, caso em que faz a mudança de modo mais gradual. Porém, a maioria dos indutores do mundo real são construídos a partir de materiais com resistência elétrica finita, que se opõe até mesmo à corrente direta. Materiais supercondutores não oferecem resistência a passagem de correntes elétricas contínuas, e suas aplicações implicam propriedades distintas para os indutores feitos deste tipo de material.

No geral, a relação entre a variação da tensão de acordo com o tempo u(t) através de um indutor com indutância L e a variação da corrente de acordo com o tempo i(t) que passa por ele é descrita pela equação diferencial:

u(t) = L \frac{di(t)}{dt}

Quando uma corrente alternada (CA) senoidal flui por um indutor, uma tensão alternada senoidal (ou força eletromotriz, Fem) é induzida. A amplitude da Fem está relacionada com a amplitude da corrente e com a freqüência da senóide pela seguinte equação:

U = I \times \omega L

onde ω é a frequência angular da senóide definida em termos da frequência f por:

\omega = 2 \pi f\,

A reatância indutiva é definida por:

 X_L = \omega L = 2 \pi f L\,

onde XLé a reatância indutiva medida em Ohms (medida de resistência), ω é a freqüência angular, f é a frequência em hertz, e L é a indutância.

A reatância indutiva é o componente positivo imaginário da impedância.

A impedância complexa de um indutor é dada por:

 Z = j \omega L = j 2 \pi f L\ = j X_L,

onde j é a unidade imaginária.

Análise de circuitos[editar | editar código-fonte]

Os problemas de análise de circuitos, que resultam num sistema de equações lineares, nos quais se busca encontrar os valores de corrente e de variação de tensão para cada compondente (incógnitas) são resolvidos por extensão dos problemas de circuitos com apenas fontes e resistores. Neste modelo estendido, a indutância e a capacitância são consideradas como resistências complexas[nota 1] , que passam a se denominar impedância. Os resultados são interpretados na forma polar, sendo o ângulo do vetor encontrado interpretado como fase da corrente alternada ou tensão alternada.[7]

Redes de indutores[editar | editar código-fonte]

Cada indutor de uma configuração em paralelo possui a mesma diferença de potencial (tensão) que os demais. Para encontrar a indutância equivalente total (Leq):[8]

Um diagrama de vários indutores, lado a lado, com as extremidades conectadas ao mesmo fio
 \frac{1}{L_\mathrm{eq}} = \frac{1}{L_1} + \frac{1}{L_2} + \cdots +  \frac{1}{L_n}  \Rightarrow   L_\mathrm{eq}  =  \frac{\prod_{i=1}^n L_i }{\sum_{j =  1}^{n}  \prod_{k  \neq  j} L_k }

A corrente através de indutores em série permanece a mesma, mas a tensão de cada indutor pode ser diferente. A soma das diferenças de potencial é igual à tensão total. Para encontrar a indutância total:[9]

Um diagrama de vários indutores, conectados ponta com ponta, com a mesma corrente passando por cada um
 L_\mathrm{eq} = L_1  + L_2 + \cdots + L_n \,\!

Fator Q[editar | editar código-fonte]

O fator Q de um indutor pode ser encontrado através desta fórmula, onde R é a resistência elétrica interna:

 Q = \frac{\omega{}L}{R}

Aplicações[editar | editar código-fonte]

Os indutores estão relacionados aos eletromagnetos em estrutura, mas são usados para um propósito diferente: armazenar energia em um campo magnético.

Por sua habilidade de alterar sinais CA, os indutores são usados extensivamente em circuitos analógicos e processamento de sinais, incluindo recepções e transmissões de rádio. Como a reatância indutiva X_L muda com a frequência, um filtro eletrônico pode usar indutores em conjunto com capacitores e outros componentes para filtrar partes específicas da frequência do espectro.

Dois (ou mais) indutores acoplados formam um transformador, que é um componente fundamental de qualquer rede elétrica nacional.[10]

Um indutor é normalmente usado como saída de uma fonte chaveada de alimentação. O indutor é carregado para uma fração específica da frequência de troca do regulador e descarregado pelo restante do ciclo. Esta relação de carrega/descarrega é o que reduz (ou impulsiona) a tensão de entrada para seu novo nível.

Ver também[editar | editar código-fonte]

Notas

  1. sendo que a impedância do capacitor é um imaginário negativo, o passo que a do indutor é um positivo.

Referências

  1. Brain, Marshall. Como Funcionam os Indutores. UOL Ciência. Página visitada em 1 de março de 2012.
  2. Indutor. Mundo Vestibular. Página visitada em 3 de março de 2012.
  3. Como Enrolar Pequenos Indutores. archiveweb. Página visitada em 1 de março de 2012.
  4. Lima, Marcos. Indutância. Departamento de Física Matemática da USP. Página visitada em 1 de março de 2012.
  5. Fernandes, Thelma Solange Piazza. Elementos Armazenadores de Energia. Setor de Tecnologia da Universidade Federal do Paraná. Página visitada em 6 de março de 2012.
  6. Telles, Willian (9 de junho de 2006). Indutores, Indutância e Transformadores. Amigo Nerd. Página visitada em 3 de março de 2012.
  7. Kienitz, Karl Heinz. Análise de Circuitos, um Enfoque de Sistemas. 2 ed. São José dos Campos - SP: Divisão de Engenharia Eletrônica do Instituto Tecnológico de Aeronáutica, 2010. 139 p. ISBN 9788587978172
  8. Associação em Paralelo de Indutores. Departamento de Telemática da Unicamp. Página visitada em 7 de março de 2012.
  9. Associação em Série de Indutores. Departamento de Telemática da Unicamp. Página visitada em 7 de março de 2012.
  10. indutor. Eletrônica Didática. Página visitada em 2 de março de 2012.

Ligações externas[editar | editar código-fonte]