CIRCUITOS ELÉTRICOS Aula 02 INDUTORES EM CORRENTE ALTERNADA
Mas antes, revisão... V RMS = V p 2 Valor de uma tensão ou corrente contínua que produz os mesmos efeitos caloríficos Valor de pico Vp O valor de pico (ou máximo) é o maior valor instantâneo que a tensão ou corrente pode atingir durante um ciclo. Frequência f Quantidade de ciclos por segundo (em Hz). Valor Instantâneo v(t) O valor instantâneo é a amplitude do sinal em um determinado instante de tempo. Período T Tempo necessário para completar um ciclo (em s). Valor de pico-a-pico Vpp Amplitude total entre os dois pontos máximos (positivo e negativo), portanto ele é o dobro do valor de pico. V pp = 2. V p
... e um exercício! Para os sinais de tensão e corrente alternada abaixo, calcule: a) O Valor de pico-a-pico (Vpp) b) O Valor RMS (VRMS) V pp = 2. V p c) O período do sinal (T) d) A frequência do sinal (f) 11.11ms
Introdução Magnetismo: Origina-se da estrutura física da matéria, no átomo; Spin eletrônico e Rotação orbital é que definem o efeito magnético do átomo; Na maioria dos elétrons, a combinação entre direção e sentido dos efeitos magnéticos produz um átomo magneticamente neutro. Em alguns átomos, um número maior de elétrons gira em um sentido e um número menor de elétrons gira em outro, criando um efeito magnético externo. 4
Introdução Campo magnético: Ocorre a produção de um efeito magnético em uma mesma direção, este fenômeno é conhecido de Campo Magnético, que é representado por linhas de campo; O campo magnético pode ser entendido como a força que um campo exerce sobre o movimento das partículas de carga, como um elétron. Ao redor de um imã ocorre uma força magnética de atração ou repulsão; 5
Mas o campo se mostra na forma de linhas... Linhas de Campo Magnético: A representação visual do campo é feita através de linhas de campo magnético, também conhecidas por linhas de indução magnética ou linhas de fluxo magnético; Características das linhas de campo magnético: São sempre linhas fechadas, saem e voltam a um mesmo ponto; As linhas nunca se cruzam; Fora do imã, as linhas saem do pólo norte e chegam ao pólo sul; Dentro do imã, as linhas são orientadas do pólo sul para o pólo norte; Saem e entram na direção perpendicular às superfícies dos pólos; Nos pólos a concentração de linhas é maior: quanto maior a concentração de linhas, mais intenso será o campo magnético numa dada região. 6
... atração e repulsão? Atração e Repulsão de imãs: 1. Se dois polos diferentes de ímãs são aproximados haverá uma força de atração entre eles, as linhas de campo se concentrarão nesta região e seus trajetos serão completados através dos dois ímãs. 2. Se dois polos iguais são aproximados haverá uma força de repulsão e as linhas de campo divergirão, ou seja, serão distorcidas e haverá uma região entre os ímãs onde o campo magnético será nulo. 7
Conceitos importantes Fluxo magnético Ф É definido como a quantidade de linhas de campo que atingem perpendicularmente uma dada área. A unidade é o Weber (Wb), que corresponde a 1x10 8 linhas de campo magnético. Densidade de Fluxo Magnético ou Campo Magnético B É dada em Tesla (T), e é calculada pela razão entre o fluxo magnético e a área de uma dada superfície perpendicular à direção do fluxo magnético. 8
Conceitos importantes Permeabilidade Magnética µ É uma medida da facilidade com que as linhas de campo podem atravessar um dado material. A permeabilidade magnética do vácuo, μ 0 e a permeabilidade relativa valem: Geralmente, μr 100 para os materiais ferromagnéticos, valendo entre 2.000 e 6.000 nos materiais de máquinas elétricas. Para os não magnéticos μr 1. Materiais diamagnéticos: são aqueles com permeabilidade um pouco inferior a do vácuo; Materiais paramagnéticos: permeabilidade um pouco maior que a do vácuo; Materiais ferromagnéticos: centenas até milhares de vezes maiores que o vácuo (ferro, níquel, aço-silício) 9
A descoberta dos fenômenos eletromagnéticos Descoberta de Oersted Em 1820 Corrente Elétrica altera direção de uma agulha; Quando há I, a agulha se move ficando em direção perpendicular; Constata-se a criação de um campo magnético; Como é originado da corrente elétrica, então o chamamos de Campo Eletromagnético. Conclusão de Oersted: Hver leder gennemskåret af elektrisk strøm, skaber rundt om sig selv et elektromagnetisk felt. 10
Ampere contribui... Campo Eletromagnético Regra de Ampére Regra da mão direita; Determina o sentido das linhas do campo magnético ao redor do condutor; Regra da mão Direita Com a mão direita envolvendo o condutor e o polegar apontando para o sentido convencional da corrente elétrica, os demais dedos indicam o sentido das linhas de campo que envolvem o condutor. 11
Campo ao Redor de um Condutor 12
Em uma espira circular...... A REGRA DA MÃO DIREITA TAMBÉM É VÁLIDA. E se construirmos uma bobina com várias espiras? 13
Se construirmos uma bobina com várias espiras... Lembra disso?... O mesmo acontece com o campo criado pelas espiras. 14
SOLENÓIDE Considerando uma solenóide: Entre duas espiras os campos se anulam pois têm sentidos opostos; No centro do solenóide os campos se somam; No interior do solenóide o campo é praticamente uniforme. O sentido das linhas de campo pode ser determinado por uma adaptação da regra da mão-direita; 15
...mas há também a Lei de Lenz... que diz que...... o sentido da corrente induzida é tal que origina um fluxo magnético induzido, que se opõe à variação do fluxo magnético indutor. 16
Agora, podemos falar do INDUTOR O indutor consiste em um fio esmaltado enrolado em torno de um núcleo, que na maioria das vezes, é magnético. Símbolo: O símbolo do indutor depende do material do qual o núcleo é feito: 17
O INDUTOR Funcionamento: Ao passar uma corrente elétrica pelas espiras, cada uma delas cria ao seu redor um campo magnético, cujo sentido é dado pela regra da mão direita; No interior do indutor, as linhas de campo se somam, criando uma concentração do fluxo magnético; S N Assim, o indutor é polarizado magneticamente, cria um polo norte por onde sai o fluxo magnético e um polo sul por onde entra o fluxo magnético; Comporta-se como um ímã artificial, denominado eletroímã. 18
A criação do campo no indutor... Funcionamento: Ao fechar a chave, surge então uma corrente elétrica crescente; Ao passar por uma espira, essa corrente cria um campo magnético ao seu redor; Tal campo, induz uma corrente contrária nas espiras seguintes; Em função dessa corrente contrária, a corrente principal do indutor leva certo tempo para atingir seu valor máximo; Quando a corrente estabiliza, o campo passa a ser constante, não havendo mais corrente induzida para criar oposição. Quando a chave é aberta, a corrente decresce, criando uma nova oposição, de forma a evitar a diminuição da corrente, novamente causando um atraso até que ela chegue a zero. 19
INDUTÂNCIA Pode-se então dizer, que o indutor armazena energia magnética por meio do campo magnético criado pela corrente que o circula; Conceito de indutância: A indutância é a capacidade de o indutor armazenar energia magnética por meio do campo criado pela corrente (dada em H): Mas para o cálculo de circuitos elétricos em corrente alternada, a indutância não é a grandeza considerada, mas sim a reatância indutiva. 20
REATÂNCIA INDUTIVA (XL) O que é Reatância Indutiva? Para o circuito de corrente alternada, o indutor se comporta como um elemento de oposição a variação de corrente; A medida desta oposição é conhecida como reatância indutiva XL dada em Ω; O valor da reatância indutiva é calculado por: X L = 2. π. f. L Onde: L indutância do indutor (dada em H); f frequência da rede (dada em Hz). 21
COMPORTAMENTO EM CA Comportamento da reatância indutiva em circuitos de corrente alternada: Em função do atraso no carregamento e descarregamento do indutor, no circuito CA o indutor sempre atrasará a corrente em 90º com relação à tensão; Pode-se dizer também, que a tensão está adiantada de 90º com relação à corrente; Para calcular a corrente que passa pelo indutor... Utilizamos a lei de ohm, porém esta deve ser relacionada à reatância indutiva (XL): I L = V L X L X L = V L I L V L = X L. I L Onde: XL é dado em ( Ω - ohms). * UTILIZAR OS VALORES EM RMS!!! 22
Exercícios 1) Um indutor de 0,2 H é conectado a um sistema com uma tensão de pico de 311V e com um período de 8,33 ms. Sabendo disso, faça o que se pede: a. Calcule o valor pico-a-pico da tensão. b. Calcule o valor RMS da tensão. c. Calcule a frequência do sistema. d. Calcule a reatância do indutor. e. Calcule a corrente do indutor. V pp = 2. V p f. Faça um desenho (sem escala) da tensão e da corrente. I L = V L X L X L = V L I L V L = X L. I L 2) Você se depara com um indutor sem a especificação da sua indutância. O indutor precisa ser medido para que se saiba se este é útil para alguma eventual manutenção de equipamentos. Sabendo você, que a tensão do sistema é de 440VRMS e a frequência é de 50 Hz, liga-o e utiliza um multímetro para medir a corrente, que resulta em 1,27 A. Considerando isso, responda: a. Qual o valor da reatância indutiva (XL) do Indutor em questão? b. Qual a Indutância (L) deste indutor? 23
Fim da aula??? Graças a D...! Próxima aula??? Laboratório de eletricidade!