O que é a indutância e de que é que ela depende?
O que é a indutância e de que é que ela depende?Data de publicação: 21-03-2025 🕒 6 min de leitura
A indutância é um dos conceitos básicos da engenharia eléctrica e eletrónica, que descreve a capacidade de um objeto (frequentemente uma bobina) para armazenar energia sob a forma de um campo magnético, quando a corrente passa através dele. A indutância é medida em henries (H). A indutância tem aplicações importantes em muitas tecnologias, incluindo transformadores, motores eléctricos, sistemas de transmissão de energia e muitos outros dispositivos e sistemas de engenharia eléctrica. Neste artigo, serão abordadas questões como:
- A importância da indutância nos circuitos
- Quando é que a indução ocorre
- De que depende o valor da indução
- Autoindução e indução mútua
- A indutância mútua pode ser negativa
- Fórmula para calcular a indutância de uma bobina
O fenómeno da indução electromagnética foi descoberto por Michael Faraday em 1831 e é descrito pela lei de Faraday da indução electromagnética. Esta lei estabelece que a tensão induzida em qualquer circuito é igual à taxa de variação do fluxo magnético através do circuito.
A importância da indutância nos circuitos
A indutância nos circuitos é crucial em muitos aspectos da engenharia eléctrica e eletrónica. Eis alguns pontos básicos sobre o papel da indutância nos circuitos
- Atraso da corrente: num circuito com um elemento indutivo, como uma bobina , , as mudanças de corrente não ocorrem instantaneamente. A bobina procura resistir às mudanças de corrente o que leva a um atraso de fase entre a tensão e a corrente no circuito.
- Reactância indutiva: é a resistência, que a bobina apresenta à corrente alternada. A reactância indutiva (XL) é proporcional à frequência (f) e à indutância (L) do circuito e é descrita pela equação:
XL=2πfL. Quanto maior for a frequência, maior será a reactância indutiva. - Filtragem: as bobinas são frequentemente utilizadas em filtros, para bloquear frequências mais altas e passar frequências mais baixas. Isto funciona com base na sua reactância indutiva, que aumenta com a frequência.
- Energia: as bobinas armazenam energia sob a forma de um campo magnético.
- Autoindução: quando a corrente numa bobina muda, é induzida uma tensão na própria bobina, que pode provocar efeitos indesejados, como faíscas em interruptores.
- Interação de capacitâncias: em circuitos constituídos por indutores e condensadores podem ocorrer ressonâncias. Num circuito LC deste tipo, podem obter-se oscilações de pureza muito elevada, que são utilizadas em engenharia de rádio para sintonizar receptores.
A compreensão da indutância e do seu efeito nos circuitos é fundamental para a conceção e análise de muitos sistemas electrónicos e de engenharia eléctrica.
Quando é que a indutância ocorre?
A indução electromagnética ocorre quando, o fluxo de um campo magnético através de uma determinada área. Este fenómeno pode ser induzido por:
- Movimento de um condutor num campo magnético: quando um condutor, tal como um fio, se move dentro de um campo magnético, o fluxo do campo magnético através do condutor muda, levando a uma tensão induzida no condutor.
- Alteração da intensidade do campo magnético: quando a intensidade de um campo magnético constante se altera ao longo do tempo (por exemplo,. como resultado de um aumento ou diminuição da corrente que flui através de um condutor ou bobina adjacente), isto pode induzir uma tensão nos condutores adjacentes.
- Movimento do condutor em relação à fonte de campo: mesmo que o campo magnético seja constante, mas o condutor se mova em relação à fonte de campo, o fluxo do campo magnético através do condutor alterar-se-á, o que também conduz à indução.
- Alteração da orientação do condutor no campo: se o condutor rodar ou alterar a sua orientação em relação à direção do campo magnético, o fluxo do campo através do condutor também se alterará, provocando uma tensão induzida.
De que depende o valor da indução magnética?
O valor da indução magnética é uma medida da intensidade do campo magnético num determinado espaço. O valor da indução magnética depende de vários factores:
- Material de origem: diferentes materiais têm diferentes capacidades para criar um campo magnético.
- Intensidade da corrente: para condutores, tais como fios ou bobinas, o valor da indução magnética depende da corrente que flui através do condutor. Um aumento da corrente leva a um aumento da indução magnética.
- Forma e geometria da fonte: a forma e a disposição dos condutores, através dos quais a corrente flui, afectam a distribuição do campo magnético à sua volta. Por exemplo, uma bobina de solenoide (condutor longo, enrolado) cria um forte campo magnético no interior da bobina.
- Distância da fonte: o valor da indução magnética diminui geralmente à medida que o campo magnético se afasta da fonte. A distâncias muito próximas da fonte, o campo pode ser muito forte, mas diminui rapidamente à medida que se afasta.
- Presença de outros materiais: materiais ferromagnéticos, como o ferro, níquel ou cobalto, podem concentrar linhas de campo magnético, aumentando o valor da indução magnética localmente. Os materiais de baixa permeabilidade, por outro lado, têm menos influência no campo magnético.
- Campo magnético externo: se já existir um campo magnético num determinado local (por exemplo, proveniente de outra fonte), o campo adicional proveniente da nova fonte somar-se-á ao campo existente, o que pode levar a um aumento ou a uma diminuição do valor global da indução magnética.
Existem muitas formas de modelar e calcular o valor da indução magnética em diferentes situações, desde fórmulas simples para configurações geométricas específicas, até simulações informáticas complexas para situações mais complexas.
O que é o fenómeno da indução própria e mútua?
Os fenómenos de autoindução e de indução mútua são dois tipos básicos de indução electromagnética.
Autoindução
Este fenómeno ocorre num circuito, quando a corrente nesse circuito se altera. Uma mudança na corrente leva a uma mudança no fluxo do campo magnético dentro desse circuito.
Esta alteração do fluxo magnético induz uma tensão no mesmo circuito, que actua no sentido oposto ao da alteração da corrente, de acordo com a lei de Lenz.
Um exemplo de um elemento em que ocorre o fenómeno de autoindução é uma bobina. Um aumento ou uma diminuição da corrente que atravessa a bobina induz uma tensão na mesma bobina.
Indução mútua
Este fenómeno ocorre entre dois circuitos, quando uma variação de corrente num circuito leva à indução de uma tensão num circuito vizinho.
Quando a corrente num circuito (por exemplo, a bobina primária de um transformador) muda, isto causa uma mudança no fluxo do campo magnético. Se um segundo circuito (por exemplo, a bobina secundária de um transformador) estiver próximo, este fluxo de campo magnético variável atravessa este segundo circuito, induzindo nele uma tensão.
O valor da tensão induzida no segundo circuito depende da taxa de variação da corrente no primeiro circuito e da configuração e propriedades de ambos os circuitos.
Em resumo:
A indução intrínseca refere-se à tensão induzida num circuito resultante de uma alteração da corrente no mesmo circuito.
A indução cruzada refere-se à tensão induzida num circuito resultante de uma alteração da corrente num circuito adjacente.
Estes dois fenómenos são de importância fundamental na engenharia eléctrica.
A indutância mútua pode ser negativa?
Sim, a indutância mútua pode assumir valores negativos, dependendo da orientação mútua e da direção de enrolamento das bobinas. A indutância mútua descreve a capacidade de uma bobina induzir uma tensão numa segunda bobina como resultado de uma mudança na corrente na primeira bobina.
A direção da tensão induzida depende da orientação das bobinas uma em relação à outra e da direção do enrolamento. Se as bobinas forem enroladas de tal forma, que a tensão induzida numa bobina actue no sentido oposto ao da variação da corrente na outra bobina, a indutância mútua terá um valor negativo.
Por exemplo, se tivermos dois fios paralelos, uma corrente que flui num sentido num fio induz uma tensão no outro fio no mesmo sentido. No entanto, se a corrente num dos fios fluir no sentido oposto, a tensão induzida será no sentido oposto.
A indutância mútua negativa é frequentemente encontrada em casos, em que as bobinas são enroladas em direcções opostas ou têm orientação oposta uma em relação à outra.
Em aplicações práticas, ao conceber dispositivos com bobinas de indutância mútua conhecida, é importante compreender e considerar a direção e a orientação das bobinas, para garantir o comportamento desejado do sistema.
Fórmula para calcular a indutância de uma bobina
A indutância de uma bobina depende de uma série de factores, tais como o número de voltas, a forma da bobina, as suas dimensões e o material do núcleo. Para uma bobina de solenoide (ou seja, uma, bobina cilíndrica longa) com espiras uniformes e um núcleo de ar, a indutância L pode ser calculada utilizando a seguinte fórmula
onde:
- L – indutância [H],
- – permeabilidade magnética do vácuo (4π*10-7H/m),
- N – número de bobinas,
- A – área da secção transversal da bobina [m²],
- l – comprimento da bobina [m].
Para os elementos com um núcleo que não seja de ar, o valor deve ser substituído pela permeabilidade magnética do material, que é o produto de e da permeabilidade relativa do material, de que o núcleo é construído. Convém igualmente notar, que esta fórmula é uma aproximação e pressupõe uma geometria ideal da bobina solenoide. Na realidade, podem existir vários factores, tais como bobinas oblíquas, efeitos de fronteira e campo magnético não uniforme, que afectam o valor exato da indutância da bobina. Em casos mais complexos, os cálculos podem exigir métodos mais complicados ou simulações em computador. Vale também a pena acrescentar, que existem, de facto, outras questões que afectam o valor da indutância. Estamos a falar de perdas, de capacitância parasita ou mesmo da forma como as bobinas são enroladas. Para mais informações sobre bobinas, consulte o artigo.
A Transfer Multisort Elektronik (TME) é um dos maiores distribuidores globais de componentes eletrônicos, peças eletrotécnicas, equipamentos de oficina e automação industrial. O catálogo inclui mais de 1.500.000 de produtos de 1.300 fabricantes líderes. Os modernos centros logísticos da TME em Łódź e Rzgów (Polónia), com uma área total superior a 40.000 m², enviam quase 6.000 pacotes diariamente para clientes em mais de 150 países.
A TME também investe no desenvolvimento do conhecimento e das competências de jovens engenheiros e entusiastas da eletrónica através do projeto TME Education e apoia a comunidade tecnológica organizando a série de eventos TechMasterEvent, promovendo a inovação e a troca de experiências.
