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O princípio de funcionamento da indutância é muito abstrato. Para explicar o que é indutância, partimos do fenômeno físico básico.

1. Dois fenômenos e uma lei: magnetismo induzido por eletricidade, eletricidade induzida por magnetismo e lei de Lenz

1.1 Fenômeno eletromagnético

Há um experimento em física do ensino médio: quando uma pequena agulha magnética é colocada próxima a um condutor com corrente, a direção da pequena agulha magnética se desvia, o que indica que existe um campo magnético ao redor da corrente. Este fenômeno foi descoberto pelo físico dinamarquês Oersted em 1820.

Se enrolarmos o condutor em um círculo, os campos magnéticos gerados por cada círculo do condutor podem se sobrepor e o campo magnético geral se tornará mais forte, o que pode atrair pequenos objetos. Na figura, a bobina é energizada com uma corrente de 2~3A. Observe que o fio esmaltado possui limite de corrente nominal, caso contrário ele derreterá devido à alta temperatura.

2. Fenômeno da magnetoeletricidade

Em 1831, o cientista britânico Faraday descobriu que quando uma parte do condutor de um circuito fechado se move para cortar o campo magnético, será gerada eletricidade no condutor. O pré-requisito é que o circuito e o campo magnético estejam em um ambiente relativamente mutável, por isso é chamado de magnetoeletricidade “dinâmica”, e a corrente gerada é chamada de corrente induzida.

Podemos fazer uma experiência com um motor. Em um motor CC comum com escovas, a parte do estator é um ímã permanente e a parte do rotor é um condutor de bobina. Girar manualmente o rotor significa que o condutor está se movendo para cortar as linhas de força magnética. Usando um osciloscópio para conectar os dois eletrodos do motor, a mudança de tensão pode ser medida. O gerador é feito com base neste princípio.

3. Lei de Lenz

Lei de Lenz: A direção da corrente induzida gerada pela mudança do fluxo magnético é a direção que se opõe à mudança do fluxo magnético.

Uma compreensão simples desta frase é: quando o campo magnético (campo magnético externo) do ambiente do condutor se torna mais forte, o campo magnético gerado por sua corrente induzida é oposto ao campo magnético externo, tornando o campo magnético total geral mais fraco do que o externo. campo magnético. Quando o campo magnético (campo magnético externo) do ambiente do condutor se torna mais fraco, o campo magnético gerado pela sua corrente induzida é oposto ao campo magnético externo, tornando o campo magnético total geral mais forte do que o campo magnético externo.

A Lei de Lenz pode ser usada para determinar a direção da corrente induzida no circuito.

2. Bobina de tubo espiral - explicando como funcionam os indutores Com o conhecimento dos dois fenômenos acima e de uma lei, vamos ver como funcionam os indutores.

O indutor mais simples é uma bobina de tubo espiral:

Situação durante a inicialização

Cortamos uma pequena seção do tubo espiral e podemos ver duas bobinas, bobina A e bobina B:

Durante o processo de inicialização, a situação é a seguinte:

①A bobina A passa por uma corrente, assumindo que sua direção é mostrada pela linha sólida azul, que é chamada de corrente de excitação externa;
②De acordo com o princípio do eletromagnetismo, a corrente de excitação externa gera um campo magnético, que começa a se espalhar no espaço circundante e cobre a bobina B, o que equivale à bobina B cortando as linhas de força magnética, conforme mostrado pela linha pontilhada azul;
③De acordo com o princípio da magnetoeletricidade, uma corrente induzida é gerada na bobina B, e sua direção é mostrada pela linha sólida verde, que é oposta à corrente de excitação externa;
④De acordo com a lei de Lenz, o campo magnético gerado pela corrente induzida deve neutralizar o campo magnético da corrente de excitação externa, conforme mostrado pela linha pontilhada verde;

A situação após ligar é estável (DC)

Depois que a inicialização estiver estável, a corrente de excitação externa da bobina A é constante e o campo magnético que ela gera também é constante. O campo magnético não tem movimento relativo com a bobina B, portanto não há magnetoeletricidade e não há corrente representada pela linha sólida verde. Neste momento, o indutor equivale a um curto-circuito para excitação externa.

3. Características da indutância: a corrente não pode mudar repentinamente

Depois de entender como umindutorfunciona, vejamos sua característica mais importante – a corrente no indutor não pode mudar repentinamente.

Na figura, o eixo horizontal da curva direita é o tempo e o eixo vertical é a corrente no indutor. O momento em que a chave é fechada é considerado a origem do tempo.

Pode-se ver que:1. No momento em que a chave é fechada, a corrente no indutor é 0A, o que equivale ao indutor estar em circuito aberto. Isto ocorre porque a corrente instantânea muda bruscamente, o que irá gerar uma enorme corrente induzida (verde) para resistir à corrente de excitação externa (azul);

2. No processo de atingir um estado estacionário, a corrente no indutor muda exponencialmente;

3. Após atingir o estado estacionário, a corrente no indutor é I=E/R, o que equivale ao curto-circuito do indutor;

4. Correspondente à corrente induzida está a força eletromotriz induzida, que atua para neutralizar E, por isso é chamada de Back EMF (força eletromotriz reversa);

4. O que exatamente é indutância?

A indutância é usada para descrever a capacidade de um dispositivo de resistir a mudanças de corrente. Quanto mais forte for a capacidade de resistir às mudanças de corrente, maior será a indutância e vice-versa.

Para excitação CC, o indutor está em estado de curto-circuito (a tensão é 0). Porém, durante o processo de inicialização, a tensão e a corrente não são 0, o que significa que há energia. O processo de acumulação dessa energia é chamado de carregamento. Ele armazena essa energia na forma de um campo magnético e libera energia quando necessário (como quando a excitação externa não consegue manter o tamanho da corrente em estado estacionário).

Indutores são dispositivos inerciais no campo eletromagnético. Dispositivos inerciais não gostam de mudanças, assim como os volantes na dinâmica. É difícil começar a girar no início e, depois que começam a girar, é difícil parar. Todo o processo é acompanhado pela conversão de energia.

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