Indutores

Nesta seção, vamos falar um pouco sobre outro componente passivo que também é capaz de armazenar energia, o indutor. Porém, esse componente, diferentemente do capacitor, armazena energia em forma de campo magnético. Você deve lembrar que o indutor basicamente consiste de um fio em forma de uma bobina, onde a tensão em seus terminais (V_L) é proporcional à variação da corrente em um intervalo de tempo, ou seja,

 

 

Onde, ΔI é uma variação na corrente, dada em Ampere (A); Δt é uma variação no tempo, dada em segundos (s); e, L é a indutância do indutor (fator de proporcionalidade), dada em Henry (H).

Mas, você pode se perguntar, de onde vem essa variação da corrente no tempo?

Existe uma lei na física, chamada Lei da indução eletromagnética de Faraday (você já deve ter estudado), conforme é ilustrado na figura 17. Essa lei estabelece que todo condutor, quando submetido a uma variação de fluxo magnético, induz uma força eletromotriz (tensão) em seus terminais. Por esse motivo, a variação da corrente (fluxo magnético) no tempo gera uma tensão V_L nos terminais do indutor.

 

Indutores - Associação em série e em paralelo

Assim como os demais elementos estudados até o momento, os indutores também podem ser associados de forma a gerar um novo valor de indutância. Podemos fazer analogia da associação utilizando indutores à associação utilizando resistores, pois suas equações para encontrar a indutância e a resistência equivalente são idênticas, tanto para série como para paralelo, respeitando os devidos conceitos.

Indutância equivalente em série:

 

 

Indutância equivalente em paralelo:

 

 

 

Indutores - Carga e Descarga

Os mesmos passos que realizamos para analisar a carga no capacitor, vamos realizar para o indutor, fazendo analogias e comparações entre os dois dispositivos.

Situação de carga - Inicialmente, vamos considerar que queremos carregar o indutor. Essa situação é ilustrada na figura 19 (Carga). Neste caso, temos duas situações:

Primeira: Chave S1 aberta.

Nesta situação, o indutor deve estar completamente descarregado, ou seja, a tensão em seus terminais é zero (V_L = 0) e a corrente que flui pelo circuito também é zero (I_L = 0), uma vez que S1 está aberta.

Segunda: Chave S1 fechada.

No exato momento em que a chave S1 é fechada, a corrente que flui pelo circuito é zero, fazendo com que toda a tensão da fonte seja aplicada ao indutor. Logo, neste momento, teremos a situação de tensão máxima durante a carga, e seu valor será dado por:

 

 

Mas, o que ocorre com a corrente no indutor (V_C)? Continuará em zero?

Não. A corrente que flui nos terminais do indutor irá aumentando exponencialmente com o tempo, obedecendo à seguinte equação:

 

 

Assim como fizemos para a equação de carga no capacitor, vamos fazer para o indutor. É importante que você acompanhe os passos relacionando os valores obtidos ao gráfico da figura 19, carga.

No início, quando a chave S1 estava aberta, afirmamos que o indutor estava completamente descarregado, ou seja, V_L = 0 e I_L = 0. Esse valor de corrente se mantém (I_L = 0) para o momento imediatamente depois que a chave é fechada, como explicado na observação. Podemos confirmar isso pela equação, já que esse momento é caracterizado pelo instante de tempo t = 0 e ao substituir esse valor na equação, temos:

 

 

Esse resultado confirma nossa suposição inicial.

Vamos então obter o valor da corrente para o caso t = L/R e t = 10*L/R. Substituindo o t = L/R na equação, temos:

 

 

Onde, L/R é a constante de tempo (τ = L / R) desse circuito, ou seja, quando t = L/R a corrente que flui através do indutor chega a 63% do seu valor final.

Outro caso específico ocorre quando t = 10*L/R, ou seja, já interpretamos essa situação como o tempo tendendo ao infinito. Fazendo a substituição, obtemos:

 

 

Quando o circuito chega nessa situação, dizemos que o indutor está completamente carregado (I_L = V/R) e que a tensão em seus terminais é zero (V_L = 0), uma vez que a tensão da fonte de alimentação está totalmente aplicada sobre o resistor.