O LABORATÓRIO DE CIRCUITOS II

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CENTRO UNIVERSITÁRIO DINÂMICA DAS CATARATAS

ENGENHARIA ELÉTRICA

MOISES DIAS

VITÓRIA CAROLINA KLIMANN DE ASSIS

LABORATÓRIO DE CIRCUITOS II

FOZ DO IGUAÇU

JUNHO DE 2017

1. INDUTÂNCIA MÚTUA

Esta pesquisa é referente aos conteúdos que envolvem o conceito de Indutância Mútua. Nos estudos anteriores de circuitos elétricos, as aplicações da lei das malhas limitam-se essencialmente aos circuitos que possuem somente uma malha, mas neste circuito o elemento que fornece a única contribuição apreciável para o fluxo magnético era comum para as duas malhas. Isto quer dizer, as duas malhas do circuito possuem elementos passivos e ativos que tem em comum um ramo, e, consequentemente, dois nós, sendo este um circuito completo por acoplamento condutivo. A ideia agora é estudarmos um circuito de acoplamento magnético ou acoplamento indutivo. Quando substituímos os elementos do circuito anterior à um campo magnético onde será realizado a interação entre as duas malhas do circuito, temos a concretização de tal fenômeno. Um acoplador magnético transmite uma força sem qualquer contato físico real. Uma vez que as forças magnéticas atraem e repelem, e esta força efetua um trabalho, sendo que a ação pode ser linear ou rotativa. Um acoplador magnético simples tem um condutor que está em um motor, enquanto um seguidor reage ao movimento do condutor, e isto resulta na transmissão de energia mecânica, sem contato.

O cientista Faraday foi o responsável por desenvolver alguns experimentos que levaram a concretização de alguns conceitos envolvendo eletromagnetismo, podemos iniciar com a corrente induzida através de espiras magnetizadas. Ele analisou que o movimento relativo de um imã e circuito metálico fechado fazia aparecer neste último uma corrente transiente. Com isso, conclui que se houver movimento relativo ímã- espira aparecerá uma corrente no galvanômetro, e, quanto mais rápido for o movimento relativo, maior será a corrente na espira. O sentido da corrente induzida é tal que o campo que ela produz se opõe à variação do fluxo magnético que a produziu. Veremos o conceito aplicado na figura 1 a seguir.

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Faraday realizou um segundo experimento de modo a obter o estudo mais profundo da corrente induzida, com isto conheceu a força eletromotriz. Na figura 2, podemos observar duas espiras condutoras próximas uma da outra que não se encostam. Quando fecha a chave S alimenta-se o circuito com uma tensão, que por sua vez induz uma corrente elétrica na espira. Assim, essa corrente circula através da espira que está conectada ao galvanômetro G.

Agora, quando a chave em S é aberta, desliga-se a tensão aplicada na espira, o galvanômetro registra um pico momentâneo de corrente, porém no sentido oposto a da anterior. Embora não haja movimento das espiras, temos uma força eletromotriz (fem) que é induzida na espira devido à variação do campo magnético que a atravessa. Segundo a Lei de Lenz, o sentido da corrente induzida é tal que o campo que ela produz se opõe à variação do fluxo magnético que a produziu. A intensidade da fem induzida ε é igual à taxa de variação temporal do fluxo do campo magnético, como vemos na equação 1 a seguir.

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Equação 1 - Lei de Faraday

Indutância Mútua é a capacidade de um indutor induzir tensão em um indutor vizinho, sendo essa grandeza é medida em Henrys (H). Estamos falando sobre indutância mútua quando dois indutores ou bobinas estiverem bem próximas um do outro, o fluxo magnético provocado pela corrente em uma bobina se associa com a outra bobina induzindo, consequentemente, tensão nessa última. Considerando agora duas bobinas com autoindutâncias L1 e L2 que estão bem próximas uma da outra, como na figura 3.[pic 7]

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A bobina 1 tem N1 espiras, enquanto a bobina 2 tem N2 espiras. Para simplificar, suporemos que não passe corrente pelo segundo indutor. O fluxo magnético [pic 9]1 emanando da bobina 1 tem dois componentes: um componente [pic 10]11 que atravessa apenas a bobina 1 e o outro componente [pic 11]12 se associa com ambas as bobinas. Portanto:

[pic 12]1 = [pic 13]11 + [pic 14]12

Embora as duas bobinas estejam fisicamente separadas, diz-se que elas estão magneticamente acopladas. Já que todo o fluxo [pic 15]1 atravessa a bobina 1, a tensão induzida na bobina 1 é:

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