Introdução ao Magnetismo e Eletromagnetismo

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INDUTORES
INTRODUÇÃO AO MAGNETISMO/ELETROMAGNETISMO
O magnetismo representa uma parte importante em quase todos os equipamentos elétricos usados hoje em dia, sejam eles industriais, de pesquisas ou domésticos. Os geradores, motores elétricos, transformadores, disjuntores, televisores, celulares, computadores empregam efeitos magnéticos pra realizar uma variedade de importantes tarefas.
A maioria dos equipamentos elétricos depende diretamente ou indiretamente do magnetismo. Sem o magnetismo, o mundo elétrico que conhecemos hoje não existiria.
O fenômeno do magnetismo foi descoberto pelo chineses por volta do ano 2.637 a.C. Esse material eram pedaços grosseiros de minério de ferro conhecido como magnetita. O único ímã natural que existe além desses é a própria Terra. Todos os demais são feitos pelo homem e são chamados de ímãs artificiais.
CAMPOS MAGNÉTICOS
Na região do espaço em torno de um ímã permanente existe um campo magnético, que pode ser representado por linhas de campo magnético semelhantes às linhas de campo elétrico. Entretanto, as linhas de campo magnético não tem pontos de origem e terminação como as linhas de campo elétrico, mas formam curvas fachadas, a letra grega Φ (phi) é usada como símbolo para fluxo magnético.
As linhas de campo magnético se dirigem do polo norte para o polo sul, retornando ao polo norte através da barra metálica.
CAMPOS MAGNÉTICOS
Linhas de campo magnético procuram ocupar a menor área possível. Isso resulta em linhas de campo magnético com o menor comprimento entre polos de tipos diferente.
A intensidade do campo magnético em uma dada região é diretamente proporcional à densidade de linhas de campo nessa região.
Se aproximarmos os polos opostos de dois ímãs permanentes, eles se atrairão. Se aproximarmos polos de mesmo tipo eles se repelirão.
CAMPO MAGNÉTICOS PRODUZIDO POR CORRENTE
Existe um campo magnético (representado por linhas circulares concêntricas) em torno de qualquer fio conduzido por corrente. Para determinar a direção e o sentido das linhas de campo deve-se utilizar a regra da mão direita.
Se o condutor for enrolado formando uma espira, as linhas de capo terão a mesma direção e sentido do centro da espira.
Uma bobina formada por mais de uma espira produzirá um campo magnético com um caminho contínuo em torno da bobina.
CAMPO MAGNÉTICOS PRODUZIDO POR CORRENTE
A bobina apresenta um capo magnético fraco (determinado pela densidade das linhas de campo). Se inserirmos um núcleo de ferro, aço ou cobalto, aumentamos a intensidade do campo magnético e estamos criando um eletroímã, que além de apresentar todas as propriedades de um ímã permanente, produz um capo magnético que pode ser modificado, alterando parâmetros como corrente elétrica, número de espiras, etc.
APLICAÇÕES DE EFEITOS MAGNÉTICOS
INDUTORES
Consiste em um condutor enrolado com N voltas (espiras) na forma de um solenoide, ou de um toróide. Pode conter ou não um núcleo ferromagnético.
Indutores armazenam energia magnética por meio da circulação de uma corrente elétrica no condutor. A corrente elétrica no indutor produz um campo magnético uniforme em seu interior, limitado pela região das espiras.
O campo magnético produzido no interior das espiras de um indutor é análogo ao campo elétrico produzido entre as placas de um capacitor.
AUTO-INDUTÂNCIA
A propriedade de uma bobina de se opor a qualquer variação de corrente é medida pela sua auto-indutância (L). O prefixo auto é frequentemente descartado. A indutância é medida em henries (H).
Os indutores são bobinas de dimensões diversas projetadas para produzir quantidades específicas de indutâncias em um circuito.
EXEMPLO
Determine a indutância da bobina de núcleo de ar da figura abaixo:
SÍMBOLOS DE INDUTORES
A função principal de um indutor é introduzir indutância no circuito, apesar de possuírem pequenas parcelas resistivas e capacitivas que em várias situações podem ser desprezadas. Por essa razão, os símbolos usados para representar indutores ideais são:
Aplicações de Elementos Indutivos
Lei de Faraday 
Se um condutor retilíneo se desloca em um campo magnético de forma a cruzar linhas de campo, uma tensão é induzida através do condutor. Quanto maior o número de linhas de campo cruzadas por unidade de tempo, ou quanto maior a força do campo magnético, maior é a tensão induzida através do condutor.
Se uma bobina de N espiras é colocada em uma região onde o fluxo é variável, a tensão induzida pode ser calculada com auxílio da lei de Faraday:
(volts, V)
Tensão Induzida
A indutância de um indutor também é uma taxa de variação do fluxo no seu interior em função da corrente aplicada, ou seja:
A tensão entre os terminais de um indutor é diretamente proporcional à indutância L e a taxa instantânea de variação de corrente no indutor.
A tensão no indutor não é determinada somente pela variação na corrente através do indutor (∆i), mas também pela taxa de variação da corrente no indutor (∆i/ ∆t), 
Exemplo
Determine a forma de onda da tensão média no indutor de 4 mH, sendo que a corrente no indutor varia no tempo conforme a figura abaixo.
Lei de Lenz
Se uma bobina é percorrida por uma corrente temos um fluxo magnético em torno dela. 
Se a corrente aumenta de valor, o fluxo que atravessa a bobina aumenta. 
Vimos pela lei de Faraday que uma variação no fluxo magnético através de uma bobina gera tensão nesta.
Resultado: A bobina induz uma tensão nela mesma devido a variação da corrente.
Lei de Lenz
Esta tensão induzida (vL) na bobina se opõe à tensão aplicada (a qual gerou a corrente crescente anterior). 
Se vL impede a corrente (e portanto o fluxo) de variar, ela mesma tende a decrescer. A diferença entre vfonte – vL permite que vfonte imponha uma pequena corrente através da bobina que aumenta lentamente enquanto vL tende a zero.
A lei de Lenz afirma que: “Um efeito induzido é sempre produzido de maneira a se opor à causa que lhe produziu.”
Quanto maior a variação de corrente através da bobina maior a tensão induzida vL que se opõe para reprimir a tentativa da corrente de crescer em magnitude.
Indutores em Série e em Paralelo
Os Indutores, como os resistores e os capacitores, podem ser conectados em série ou em paralelo. Podemos obter valores maiores de indutância ligando indutores em série e valores menores ligando indutores em paralelo.
SÉRIE
PARALELO
Exemplo
Reduza o circuito da figura à forma mais simples.
Circuitos R-L e R-L-C em Corrente Contínua
Um capacitor para efeitos práticos, após cinco constantes de tempo, em corrente contínua pode ser substituído por um circuito aberto.
Por sua vez, após cinco constantes de tempo, em corrente contínua o indutor pode ser substituído por um curto-circuito.
Exemplo
Determine a corrente IL e a tensão VC para o circuito abaixo:
l
A
N
L
´
´
=
m
2
dt
d
N
e
f
´
=
di
d
N
L
f
´
=
÷
ø
ö
ç
è
æ
´
÷
ø
ö
ç
è
æ
´
=
´
=
dt
di
di
d
N
dt
d
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e
f
f
dt
di
L
e
´
=
t
i
L
v
méd
L
D
D
´
=
N
T
L
L
L
L
L
+
+
+
+
=
...
3
2
1
N
T
L
L
L
L
L
1
...
1
1
1
1
3
2
1
+
+
+
+
=
2
1
2
1
L
L
L
L
L
T
+
´
=