Indutor

dispositivo elétrico passivo que armazena energia na forma de campo magnético
Indutor

Tipos de indutores



Símbolo

Tipo
componente elétrico (en)
componente eletrônico
one-port circuit (d)
eletroímã

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.

Construção

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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

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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:

 

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

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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:

 

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

Em circuitos elétricos

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Indutores miniatura

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. Os indutores reais são construídos a partir de materiais com condutividade elétrica finita, que atenua até mesmo a 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:

 

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 frequência da senóide pela seguinte equação:

 

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

 

A reatância indutiva é definida por:

 

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:

 

onde j é a unidade imaginária.

Análise de circuitos

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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 componente (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

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Ligação em paralelo
 
Representação esquemática de n indutores ligados em paralelo.

Cada indutor de uma configuração em paralelo possui a mesma diferença de potencial (tensão) que os demais. A indutância equivalente (Leq) é calculada por:[8]

 
Ligação em série
 
Representação esquemática de n indutores ligados em série.

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. A indutância equivalente (Leq) é calculada por:[9]

 

Fator Q

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

 

Aplicações

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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   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.

Indutor 3D

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O indutor 3D consolida a distribuição do campo magnético e o armazenamento de energia no espaço 3D - enquanto mantém a pouca impressão que se espera que caiba no chip. O indutor de microchip é capaz de dezenas de indução magnética no nível de militesla.[11]

Ver também

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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. Consultado em 1 de março de 2012. Arquivado do original em 7 de abril de 2012 
  2. «Indutor». Mundo Vestibular. Consultado em 3 de março de 2012 
  3. «Como Enrolar Pequenos Indutores». archiveweb. Consultado em 1 de março de 2012 
  4. Lima, Marcos. «Indutância» (PDF). Departamento de Física Matemática da USP. Consultado em 1 de março de 2012 
  5. Fernandes, Thelma Solange Piazza. «Elementos Armazenadores de Energia» (PDF). Setor de Tecnologia da Universidade Federal do Paraná. Consultado em 6 de março de 2012 
  6. Telles, Willian (9 de junho de 2006). «Indutores, Indutância e Transformadores». Amigo Nerd. Consultado em 3 de março de 2012 
  7. Kienitz, Karl Heinz (2010). Análise de Circuitos, um Enfoque de Sistemas (PDF) 2 ed. São José dos Campos - SP: Divisão de Engenharia Eletrônica do Instituto Tecnológico de Aeronáutica. 139 páginas. ISBN 9788587978172 
  8. «Associação em Paralelo de Indutores». Departamento de Telemática da Unicamp. Consultado em 7 de março de 2012 
  9. «Associação em Série de Indutores». Departamento de Telemática da Unicamp. Consultado em 7 de março de 2012 
  10. «indutor». Eletrônica Didática. Consultado em 2 de março de 2012 
  11. «3D inductor technology increases microchip capability». Tech Explorist (em inglês). 24 de janeiro de 2020. Consultado em 24 de janeiro de 2020 

Ligações externas

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