Indutores

Indutores

Fundamentos sobre o Indutor

Os indutores, como os capacitores, também armazenam energia elétrica, mas em um campo magnético.

Os indutores permitem um maior fluxo de corrente a medida que a frequência do sinal diminui, se comportando como um curto circuito na presença de uma corrente contínua. Para um sinal senoidal, a fase da corrente é atrasada de 90 graus em relação a tensão.

A tensão nos terminais de um indutor é proporcional a variação temporal da corrente. Assim, cabe aqui duas observações importantes :

• Primeiro, se a corrente for constante, a tensão sobre o indutor ideal será igual a zero, se comportando como um curto-circuito.
• A segunda, é que a corrente sobre o indutor não pode variar instantaneamente, pois se isto acontecesse produziria uma tensão infinita entre seus terminais. Por exemplo, quando alguém desliga um interruptor de um circuito com carga indutiva, inicialmente a corrente continua fluindo produzindo um centelhamento, evitando que a corrente caia a zero instantaneamente. Este é um problema sério na operação de motores elétricos nas indústrias, cuja operação de liga a desliga deve ser controlada para evitar centelhamentos e surtos de tensão, que podem danificar os equipamentos e colocar em risco os operadores.

Um indutor é geralmente construído como uma bobina de material condutor, como um fio de cobre isolado. Caso a bobina tenha um núcleo de material ferromagnético, isto aumenta a indutância concentrando as linhas de força de campo magnético que fluem pelo interior das espiras.

Nos circuitos elétricos o indutor é representado pela letra L e é medido em Henry (H).

O símbolo do indutor lembra uma bobina.

Dentre as aplicações importantes dos indutores em circuitos eletrônicos está a implementação de filtros de sinal e circuitos de sintonia de frequência.

Uma carga elétrica (Q) sobre um capacitor, produz uma tensão (V) entre as placas, em função da capacitância (C), segundo a relação:

$V(Voltz)={\frac {Q(Coulomb)}{C(Faraday)}}$

ou, isolando a carga elétrica:

$Q=CV$

A corrente elétrica é definida como a quantidade de carga elétrica por unidade de tempo. É expressa matematicamente como a derivada da carga elétrica no tempo:

$I(t)={\frac {dQ(t)}{dt}}=C{\frac {dV(t)}{dt}}$

ou seja, a corrente no capacitor é função da derivada da tensão no tempo, multiplicada pela capacitância.

A derivada indica que a corrente elétrica no capacitor é maior quanto maior for a variação da tensão. Desta forma, para uma tensão senoidal, quanto maior a frequência da onda, maior o fluxo da corrente em um capacitor. Para uma tensão constante, a corrente no capacitor é zero.

Fundamentos sobre o Circuito RC

Num circuito RC série, quando um degrau de tensão é aplicado, inicialmente toda tensão aparece toda sobre o resistor, pois o capacitor está descarregado e a tensão sobre ele é zero. A corrente inicial que fluirá no circuito será dada pela Lei de Ohm (I = V / R) e vai ser responsável por iniciar a carga do capacitor. A medida que o capacitor vai sendo carregado, a tensão sobre ele vai aumentando, diminuindo a tensão resultante sobre o resistor, segundo a Lei de Kirchhoff das Malhas, e, consequentemente, diminuindo também a corrente no circuito. Quanto o capacitor se carregar totalmente, a tensão de 5V estará toda sobre o capacitor e a corrente no circuito será reduzida a zero.

O processo de carga do capacitor segue uma curva que desacelera exponencialmente a medida que a tensão sobre o capacitor aumenta. A taxa de crescimento da carga do capacitor depende do produto RC, chamado de constante de tempo, dada em segundos, e é representado pela letra grega tau (τ). No tempo de uma constante de tempo o capacitor é carregado com 63% de sua carga. Em cinco constantes de tempo a carga do capacitor chega a 99.3%. O tempo da carga total tende ao infinito, entretanto, na prática, considera-se que em cinco constantes de tempo o capacitor está carregado.

Por exemplo, para um circuito com C = 47 μF e R = 100 KΩ, a constante de tempo calculada é de 4.7 segundos. Desta forma, a carga/descarga do capacitor, em cinco constantes de tempo, fica em cerca de 23,5 segundos.

Num circuito RC série, a tensão sobre o capacitor (V_C), em função da tensão total aplicada no circuito (V_T) é dada pela expressão:

$V_{C}(t)=V_{T}(1-e^{-t/\tau })$

Referências

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Evandro.cantu (discussão) 16h06min de 17 de setembro de 2021 (-03)

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