Trabalho Prático – Física lll

 

Indutância de uma bobina

 

Objetivo

 

Aprender a medir experimentalmente a auto-indutância de uma bobina.

 

Introdução

 

Dentro das espiras de uma bobina percorrida por uma corrente elétrica surge um fluxo magnético. Se a corrente for variável, este fluxo também será variável, e como a variação de um fluxo magnético gera uma força eletromotriz, podemos concluir que em qualquer bobina em que a corrente não é constante, aparece uma força eletromotriz induzida.

 

Matematicamente podemos escrever: (Lei de Faraday)

 

        (13.1)

 

O fluxo depende do campo magnético, e pode ser determinado por:

 

          (13.2)

 

O campo magnético depende da corrente:

 

     (13.3)

 

Desta forma podemos dizer que o fluxo magnético é função da corrente. Assim, podemos escrever :

 

       (13.4)

 

Chamamos L de indutância da bobina. Desta forma, temos:

 

             (13.5)

 

A indutância L é dada, no SI, em Henry (plural henries), onde 1 Henry = 1 weber / ampère.

 

 

Este é um circuito RL em corrente alternada. A tensão de alimentação deste circuito é do tipo:

 

             (13.6)

 

Onde  é a freqüência angular do gerador, que vale: , onde f é a freqüência em Hz. No Brasil é muito utilizada a freqüência de 60 Hz, para fins comerciais.

 

Para o circuito acima podemos escrever, em termos de tensões:

 

                  (13.7)

 

Na resolução desta equação diferencial surge uma grandeza igual a L,  chamada XL ou reatância indutiva do circuito, medida em ohms. Assim:

 

             (13.8)

 

Podemos demonstrar que a reatância indutiva cria uma oposição à variação da corrente, fazendo com que a mesma “se atrase”, de 90º, ou seja, de ¼ de ciclo.

Uma forma interessante de se trabalhar com grandeza, que provoca defasamento, é tratá-la  como vetor. Este tipo de tratamento denomina as grandezas que tem a propriedade de defasarem de fasores. Alguns livros de circuitos elétricos dizem: “Um fasor é um pseudo-vetor”.

Como esta grandeza apresenta a mesma dimensão de resistência, definimos a impedância, Z, como sendo uma resultante entre a ação conjunta da resistência e reatância.

 

 

 

 


                                                          

 

 

 

                                  

Do diagrama acima temos:

 

R2 + X2L = Z2

 

Usando as relações anteriores temos:

 

 

E, finalmente:

 

        (13.9)

 

Procedimento:

 

a)       Material utilizado:

 

01 fonte Universal

01 reostato

01 miliamperímetro CA

01 miliamperímetro CC

01 voltímetro CA

01 voltímetro CC

01 bobina

07 cabos de ligação

 

b)       Montagem dos circuitos e descrição dos experimentos

 

1.0   Circuito em corrente contínua

 

1.1   Monte o circuito em CC conforme esquema abaixo. (Use a saída CC da fonte)

 

 

1.2   Variando a tensão na fonte, meça a corrente

 

1.3    Construa o gráfico V x I e determine sua inclinação, que é igual a R, resistência do circuito.

 

2.0 Circuito em corrente alternada

 

2.1 Aproveite o mesmo circuito feito para corrente contínua, trocando o voltímetro e o amperímetro CC para CA. Agora você usará a fonte universal em saída para CA e, como ela é fixa, adicione ao circuito o reostato conforme figura abaixo.

 

 

2.2 Varie o reostato para obter valores diferentes de tensão e faça as medidas de corrente.

 

2.3 Faça o gráfico V x I e calcule sua inclinação. A inclinação, neste caso, será Z, a impedância do circuito. Naturalmente você verá que o valor de Z é maior que o de R, a medida feita no cálculo em CC, já que a impedância engloba a resistência.

 

3.0 Cálculo da indutância:

 

3.1 Calcule L, usando a expressão (13.9). Lembre-se que f = 60Hz.

 

Questões:

 

1)       Qual a função do reostato no circuito CA?

2)       Por que razão em corrente continua calculamos a resistência e em corrente alternada calculamos impedância?

3)       Qual a condição para que exista indutância?