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 freqüências.

Indutores miniatura

[editar] Física do indutor

[editar] Construção

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 usados 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.

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

[editar] Indutância

Indutância é a grandeza física associada aos indutores, é simbolizada pela letra L, medida em henry (H), e representada graficamente por um fio helicoidal. 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:

  $u (t) = L d i / d t$

onde u(t) é a tensão instântanea, sua unidade de medida é o volt (V), L é a indutância, sua unidade de medida é o henry (H), i é a corrente, sua unidade de medida é o ampère (A) e t o tempo (s).

[editar] Energia

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

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

onde I é a corrente que circula pelo indutor.

[editar] Em circuitos elétricos

Um indutor resiste somente a mudanças de corrente. Um indutor ideal não oferece resistência para corrente direta, exceto quando a corrente é ligada e desligada, caso em que faz a mudança de modo mais gradual. Porém, todos os indutores do mundo real são construídos a partir de materiais com resistência elétrica finita, que se opõe até mesmo à corrente direta.

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 freqüência angular da senóide definida em termos da freqüência f por:

$\omega = 2 \pi f\,$

A reatância indutiva é definida por:

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

onde X_Lé a reatância indutiva medida em OHMS (medida de resistência), ω é a freqüência angular, f é a freqüência 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.

[editar] Redes de indutores

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

Um diagrama de vários indutores, lado a lado, com as extremidades conectadas ao mesmo fio

$\frac{1}{L_\mathrm{eq}} = \frac{1}{L_1} + \frac{1}{L_2} + \cdots + \frac{1}{L_n}$

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:

$L_\mathrm{eq} = L_1 + L_2 + \cdots + L_n \,\!$

[editar] Fator Q

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

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

[editar] Aplicações

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 freqüência, um filtro eletrônico pode usar indutores em conjunto com capacitores e outros componentes para filtrar partes específicas da freqüência do espectro.

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

Um indutor é normalmente usado como saída de uma fonte chaveada de alimentação. O indutor é carregado para uma fração específica da freqüência 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.