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O que são indutores e o que é indução?

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Entre 1828 e 1831, Michael Faraday conduziu o que hoje é chamado de suas palestras de Natal em Londres. Nas palestras, Faraday demonstraria suas artimanhas com fios de cobre e ímãs de barra. Faraday, como um mago reverenciado, se orgulharia imensamente dessas demonstrações. Essas exibições eram tão populares que até mesmo a rainha não pôde resistir a uma visita.Com a rainha presente, Faraday decidiu demonstrar um de seus atos favoritos exclusivamente para ela. Ele colocou uma bobina de fio de cobre em uma extremidade de sua mesa conectada a outra bobina de fio de cobre colocada na outra extremidade. Além da bobina mais distante, ele colocou uma pequena bússola na mesa. Isso é tudo que ele precisava. Faraday então correu para a primeira bobina e moveu um imã de bar para lá e para cá dentro dele. Como se por magia, a agulha da bússola do outro lado desviava!

No entanto, a rainha, sendo tão plácida quanto os britânicos pode ser, não se impressionou. Ela não foi afetada pela maneira como mover um ímã em uma extremidade poderia de alguma forma afetar a bússola na outra extremidade, com nada além de ar rarefeito entre elas. Ela casualmente questionou a utilidade do que quer que tenha acabado de testemunhar, mas Faraday, sendo tão espirituoso quanto os ingleses pode ser, em vez de ficar chocado, simplesmente perguntou: “Senhora, mas de que serve um bebê recém-nascido?”

faraday

A história foi narrada pelo irmão mais velho de Bill Nye para ele. Bill Nye, no entanto, descobriu mais tarde que o conto tinha sido um pouco embelezado. Faraday não demonstrou esse ato para a rainha, mas para sua audiência diária, entre os quais uma curiosa se viu confusa. Enquanto a história é embelezada, sua descoberta não é. Faraday acabara de descobrir que não apenas um campo elétrico em movimento gera um campo magnético, mas também que um campo magnético em movimento também gera um campo elétrico. Foi verdadeiramente monumental: eletricidade e magnetismo são fundamentalmente inseparáveis.

O indutor

Sabemos que a corrente em um fio gera um campo magnético ao redor, mas há uma razão pela qual Faraday usou fios enrolados em uma bobina, em vez de fios esticados em comprimento. Fios enrolados em múltiplos giros geram um campo magnético maior do que os fios lineares. Essa bobina é chamada de indutor. Um indutor produz um campo magnético maior porque ele embala mais fio em uma área menor, o que significa mais corrente e, portanto, magnetismo. Esta energia magnética pode então ser usada para fazer eletromagnetos poderosos.

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Campo magnético indutor

Quando um indutor é conectado a uma fonte CC, ele carrega um campo magnético à medida que a corrente passa por ele. A corrente que passa por ele não atinge seu valor máximo instantaneamente. Assim, uma lâmpada conectada em série não irá brilhar imediatamente como seria de se esperar, mas somente após um certo atraso. Da mesma forma, quando a fonte CC é desligada, a corrente não chega a zero instantaneamente. O armazenamento e a liberação da corrente são lentos, o que significa que há um atraso na saída da corrente. Se essa corrente liberada não puder sair por outra tomada, como uma lâmpada paralela, a corrente pode causar uma faísca no interruptor e ameaçar qualquer um que entrar em contato com ela.
onda de corrente de indutância

A ascensão e queda da corrente são lentas porque o único propósito de um indutor é produzir um campo magnético que resista a qualquer mudança na corrente que passa por ele. A tensão induzida em um indutor é proporcional à taxa de mudança de corrente que flui através dele. A constante de proporcionalidade é denotada por ‘L’ e é referida como a indutância da bobina ou a medida de sua capacidade de resistir a qualquer mudança na corrente. Isso é medido em Henrys (H).

Fórmula Inductanc

Essencialmente, tudo que um indutor faz é converter energia elétrica em energia magnética e depois converter essa energia magnética de volta em energia elétrica. Então, como um capacitor armazena energia elétrica, por um breve período, um indutor armazena energia magnética.

Lei de Indução de Faraday

No entanto, o que Faraday descobriu foi que não apenas uma corrente induz um campo magnético em um indutor, mas também pode induzir uma voltagem em um indutor movendo um ímã dentro dele. Lembre-se de que não é apenas um ímã estacionário, mas um imã móvel que induz a eletricidade. Não é um campo magnético inativo, mas um movimento ou mudança, dentro e ao redor da área de um condutor, comumente conhecido como fluxo, que gera um campo elétrico em si mesmo. Isso é chamado de lei de indução de Faraday.

Faradays baixo de indução

Note que a tensão induzida é negativa. O sinal negativo sinaliza que a transferência de energia obedece à lei da conversação de energia. Isso é conhecido como a lei de Lenz, segundo a qual a tensão induzida aciona uma corrente que gera um campo magnético na direção oposta do campo magnético ao qual ele deve sua existência.

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Se a equação não contivesse um sinal negativo ou o campo magnético não neutralizasse ou resistisse ao campo magnético parente, então a voltagem induzida não somente aumentaria com um aumento no fluxo pai, mas também com o fluxo que a corrente gera ! Um almoço grátis! Isso seria como dizer que a bola rolando no chão nunca vai parar, mas será acelerada, pois a fricção – em vez de se opor ao seu movimento – a encorajaria!

A indução é a razão pela qual um campo elétrico na primeira bobina da mesa foi induzido quando Faraday moveu um imã dentro dele. A bobina carregava uma corrente que viajava para a segunda bobina, fazendo com que ela gerasse em torno dela um campo magnético. Foi o campo magnético gerado por essa bobina que perturbou a agulha.

Dois indutores (conectados)

O que Faraday demonstrou foi profundo, mas o que ele fez em seguida foi revolucionário. Faraday se perguntou se esse mecanismo poderia ser usado para transferir energia elétrica de um circuito para outro …  sem fios.  Não poderia a tensão ser induzida na segunda bobina se o campo magnético gerado pela primeira bobina mudasse em sua vizinhança?

Atingir uma corrente constante na segunda bobina exige que movamos o ímã perpetuamente para dentro e para fora da primeira bobina? Bem, não exatamente. Não é necessário produzir um campo magnético variável, movendo incansavelmente um ímã. Pode-se também mover a própria bobina ou a corrente nela.

O transformador e ‘o utilitário do ato’

Em vez de mover o ímã perpetuamente, Faraday percebeu e demonstrou que quando a primeira bobina era conectada a uma tensão de alimentação e o que era ligado e desligado eternamente é a corrente nela, a bobina gera um campo magnético variável, assim como um ímã em movimento . Este campo induzirá um campo elétrico na bobina adjacente a ele, fazendo com que a agulha de um galvanômetro conectado a esta bobina se desvie incessantemente. Este, de fato, é o princípio de funcionamento de um transformador.

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Configuração de Faraday

Transformadores são dispositivos que aumentam ou diminuem a tensão aplicada a outro circuito. Por exemplo, se uma fonte de 200V pode ser arrogante para uma máquina que opera com uma fonte de 50V, um transformador conectado entre essas fontes poderia alcançar essa redução.

Um transformador não é senão um indutor imensamente enrolado. Opera não em um DC, mas em um suprimento de CA. Um suprimento de CA alterna entre a fonte e o destino da energia, emulando o efeito perpétuo de “ligar e desligar”.

No primeiro ciclo da alimentação CA, a corrente através dela aumenta, como acontece em qualquer indutor, causando um aumento de um campo magnético. No entanto, quando a corrente alterna no segundo ciclo, ou quando muda de direção, a direção do campo magnético do indutor muda com ele. Como a corrente perpetuamente se alterna, o campo magnético é incapaz de saturar, pois é forçado a alternar reflexivamente.

Bobina de indução AC

Este campo magnético variável tem, em outro indutor, o mesmo efeito de um ímã em movimento. O fluxo induzirá uma tensão nele. No entanto, pode-se inferir da fórmula de Faraday que essa tensão é proporcional ao número de voltas do indutor. Isso significa que a tensão pode ser aumentada se o segundo indutor tiver mais voltas do que o primeiro. Esse transformador é chamado de transformador elevador. Da mesma forma, a tensão pode ser diminuída usando um transformador com menos voltas do que o primeiro. Isso é chamado de transformador abaixador.

transformador de subida / descida

Quanto a responder a pergunta da mulher, os indutores são indispensáveis ​​para os seres humanos. Sem eles, motores, geradores, telefones, laptops, tablets, controles remotos … a totalidade das tecnologias de comunicação sem fio, incluindo internet sem fio e, portanto, memes, teria sido insondável. Sem indutores, converter tensões mortais de geradores de energia em voltagens seguras e domésticas teria sido impossível. De fato, sem o conhecimento da indução, não se poderia gerar uma voltagem AC! Faraday era um visionário, um gênio, milhas à frente de seu tempo.

Referências:

  1. Centro de Recursos NDE / NDT
  2. Conceitos de HyperPhysics
  3. Clipes de corpo .: Animações de física e clipes de filme
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