Efeitos de diferentes campos magnéticos

Auto-indutância e indutância mútua

A auto-indutância de um circuito é usado para descrever a reação do circuito para uma mudança corrente no circuito, enquanto que a indutância mútua com respeito a um segundo circuito descreve a reação a uma mudança corrente no segundo circuito. Quando uma corrente I1 flui no circuito 1, I1 produz um campo magnético B1; o fluxo magnético através do circuito 1 devido à corrente I1 é Φ11. Uma vez que B1 é proporcional a i1, Φ11 é também. A constante de proporcionalidade é a auto-indutância L1 do circuito. É definida pela equação

As unidades de indutância são henrys. Se um segundo circuito estiver presente, parte do campo B1 passará pelo circuito 2 e haverá um fluxo magnético Φ21 no circuito 2 devido à corrente i1. A indutância mútua M21 é dada por equação de indutância mútua. eletromagnetismo, equação

o fluxo magnético no circuito 1 devido a uma corrente no circuito 2 é dado por Φ12 = M12i2. Uma propriedade importante da indutância mútua é que M21 = M12. É, portanto, suficiente usar o rótulo M sem subscritos para a indutância mútua de dois circuitos.

O valor da indutância mútua de dois circuitos pode variar de +raiz quadrada de√l1l2 a raiz quadrada de√L1L2, dependendo da ligação entre os circuitos. Se os dois circuitos estão muito distantes ou se o campo de um circuito não fornece fluxo magnético através do outro circuito, a indutância mútua é zero. O valor máximo possível da indutância mútua de dois circuitos é abordado à medida que os dois circuitos produzem campos B com configurações espaciais cada vez mais semelhantes.

Se a taxa de variação em relação ao tempo é tomada para os termos em ambos os lados da equação (2), o resultado é dΦ11/dt = L1di1/dt. De acordo com a lei de Faraday, dΦ11/dt é o negativo da força eletromotriz induzida. O resultado é a equação frequentemente usada para um único indutor em um circuito AC-i.e.,

o fenômeno da auto-indução foi reconhecido pela primeira vez pelo cientista americano Joseph Henry. Ele foi capaz de gerar arcos elétricos grandes e espetaculares, interrompendo a corrente em uma grande bobina de cobre com muitas voltas. Enquanto uma corrente estável está fluindo em uma bobina, a energia no campo magnético é dada por 1/2Li2. Se a indutância L e a corrente i são grandes, a quantidade de energia também é grande. Se a corrente é interrompida, como, por exemplo, abrindo um interruptor de lâmina de faca, a corrente e, portanto, o fluxo magnético através da bobina caem rapidamente. A equação (4) descreve a força eletromotriz resultante induzida na bobina, e uma grande diferença potencial é desenvolvida entre os dois pólos do interruptor. A energia armazenada no campo magnético da bobina é dissipada como calor e radiação em um arco elétrico através do espaço entre os terminais do interruptor. Devido aos avanços nos fios supercondutores para eletromagnetos, é possível usar grandes ímãs com campos magnéticos de vários teslas para armazenar temporariamente a energia elétrica como energia no campo magnético. Isto é feito para acomodar flutuações de curto prazo no consumo de energia elétrica.

um transformador é um exemplo de um dispositivo que usa circuitos com indução mútua máxima. A figura 5 ilustra a configuração de um transformador típico. Aqui, as bobinas de fio condutor isolado são enroladas em torno de um anel de ferro construído de finas laminações isoladas ou folhas. As laminações minimizam as correntes no ferro. Correntes Eddy são correntes circulatórias induzidas no metal pela mudança do campo magnético. Estas correntes produzem um subproduto-calor indesejável no ferro. A perda de energia em um transformador pode ser reduzida usando laminações mais finas, ferro e Fio muito” macio ” (de baixo carbono) com uma maior seção transversal, ou por enrolamento dos circuitos primários e secundários com condutores que têm uma resistência muito baixa. Infelizmente, reduzir a perda de calor aumenta o custo dos transformadores. Os transformadores usados para transmitir e distribuir energia são geralmente 98 a 99 por cento eficientes. Enquanto correntes eddy são um problema em transformadores, elas são úteis para o aquecimento de objetos no vácuo. Correntes de Foucault são induzidas no objeto a ser aquecido rodeando um compartimento de vácuo relativamente não-condutora com uma bobina carregando uma corrente alternada de alta frequência.

Em um transformador, o ferro garante que quase todas as linhas de B passa por um circuito que passam também o segundo circuito e que, na verdade, essencialmente, todo o fluxo magnético é confinado para o ferro. Cada rotação das bobinas condutoras tem o mesmo fluxo magnético; assim, o fluxo total para cada bobina é proporcional ao número de voltas na bobina. Como resultado, se uma fonte de força eletromotriz sinusoidalmente variável é conectada a uma bobina, a força eletromotriz na segunda bobina é dada por

assim, dependendo da razão N2 para N1 (onde N1 e N2 são o número de voltas na primeira e segunda bobinas, respectivamente), o transformador pode ser um dispositivo step-up ou um step-down para tensões alternadas. Por muitas razões, incluindo segurança, geração e consumo de energia elétrica ocorrem em voltagens relativamente baixas. Transformadores Step-up são usados para obter altas tensões antes de a energia elétrica ser transmitida, uma vez que para uma determinada quantidade de energia, a corrente nas linhas de transmissão é muito menor. Isto minimiza a energia perdida pelo aquecimento resistivo dos condutores.a lei de Faraday constitui a base para a indústria de energia e para a transformação da energia mecânica em energia elétrica. Em 1821, uma década antes de sua descoberta da indução magnética, Faraday conduziu experimentos com fios elétricos girando em torno de agulhas de bússola. Este trabalho anterior, no qual um fio carregando uma corrente girada em torno de uma agulha magnetizada e uma agulha magnética foi feita para rodar em torno de um fio carregando uma corrente elétrica, forneceu a base para o desenvolvimento do motor elétrico.