Transcript ACCA03

Fundamentos de Magnetismo
Campo Magnetico: região do espaço na qual um imã fica sob a ação de uma Força
Magnética
Imãs são substancias encontradas na natureza e que cria ao seu redor um pequeno
Campo magnético
Pólos: Regiões de um imã nas quais o campo é mais intenso
São dois: Polo Norte e Polo Sul
N
N
S
S
S
S
N
N
N
S
N
S
Os polos de um imã são indivisíveis (não é possível separara-los)
Analise de Circuitos em Corrente
Alternada - Ed. Erica
Campo gravitacional: em cada ponto é caracterizado vetor
Campo magnético: é caracterizado pelo vetor indução magnética
g
B
Linha de Campo
As linhas de campo ou linhas de indução permitem visualizar
a forma e a Intensidade do campo magnético
A forma depende da fonte do campo (Formato do imã)
A intensidade depende da densidade de linhas de campo
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Regras para Representar as Linhas de um Campo Magnetico
a) As linhas são orientadas: saem do polo norte e entram no sul
b) Em cada ponto o vetor indução magnetica (B), é tangente à linha que
passa pelo ponto
c) Duas linhas não podem se cruzar
d) As linhas de campo são perpendiculares à superfície do imã
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Exemplos
Barra
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Eletromagnetismo
Campo Magnético de uma Corrente Elétrica
Uma corrente circulando em um fio produz um campo magnetico
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Campo Magnético de um Condutor Retilíneo
O sentido é dado pela regra da mão direita
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Campo Magnético Criado por uma Espira Circular
O campo é mais intenso no
centro da espira.
I
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I
Campo Magnético de um Solenóide
Um solenóide ou bobina consiste em um fio enrolado formando varias espiras
Iguais, lado a lado igualmente espaçadas.
O campo é mais intenso
No centro do solenóide
N
S
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Aumentando a Intensidade do Campo
A colocação de um núcleo de ferro aumenta a concentração das linhas de campo
Núcleo de ferro
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Força Eletromotriz (FEM) Induzida
Quando o fluxo magnético varia através de uma espira, nela é induzida uma tensão
O fluxo  , através de uma superfície de área S, é definido como sendo:
normal
=B.S.cosα
α
B
S é a área em m2
α é o ângulo entre a normal à superfície e o vetor indução magnética B
B é a intensidade do campo especificado em Teslas (T)
 é a intensidade do fluxo especificado em T.m2 ou Weber (Wb)
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α
Fluxo máximo
Fluxo minimo
S
normal
B
B
normal
Como α=90
Como α=0
=B.S.cos0=B.S é máximo
=B.S.cos90=0
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Formas de variação do fluxo através de uma espira
1. Aproximando ou afastando um imã de uma espira (variando B)
Obs: Com o imã parado não há indução de corrente. Se a espira se aproximar
Ou afastar também será induzida uma corrente.
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Lei de Lenz
“A orientação da fem (corrente) induzida deve ter polaridade tal que deve originar
um fluxo magnético que se opõe ao fluxo que a produziu”
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2. Variando o ângulo
Ao invés de movimentar o imã ou eletroímã, se a espira se movimentar
(afastando, aproximando ou girando), também será induzida uma tensão.
Este é o principio de funcionamento do gerador de tensão.
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3. Uma espira nas proximidades de outra na qual existe uma corrente variável
produz um campo variável induzindo uma tensão.
È o principio de funcionamento do transformador.
Para melhorar a eficiência os dois enrolamentos são montados em um mesmo
núcleo de ferro
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O Transformador de Tensão
Permite aumentar ou diminuir uma tensão
VSP tensão secundaria
primaria
secundário
NPS numero de espiras do enrolamento primário
secundário
Enrolamento primário
Simbologia
VS
VP
NP
NS
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Relações no Transformador Ideal
IS
IP
V
V
P
S
VP tensão no primário,
VS tensão no secundário,
VS
NS

VP N P
IP corrente no primário
IS corrente no secundário
NS
NS
VS 
.V P n  N relação de transformação
P
NP
n>1 o transformador é elevador VS > VP
n<1 o transformador é abaixador VS < VP
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Exemplo: Um transformador ideal tem 200espiras no primário e 800 espiras
no secundário. Sabendo-se que a tensão primaria é 10V determinar:
a) Tensão induzida no secundário
VS 
NS
800
.VP 
.10V  40V
NP
200
b) Corrente no primário e no secundário, se a carga ligada no secundário é
100 Ohms
A corrente no secundário vale:
VS
40V
IS 

 0,4 A
R L 100
Como o transformador é ideal então vale:
PP=PS
VP.IP=VS.IS
IP 
40.0,4
 1,6 A
10
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O Indutor
O indutor consiste de um fio enrolado helicoidalmente sobre núcleo de:
Ar
Ferro
Ferrite
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Indutor em CC
t=t2
t=0
Aparece
ARCO
-
e
e
I
+
A partir de t=0 a corrente começa a aumentar, e ao passar pela espiras origina um
campo magnetico cujas linhas de campo cortam as espiras subsequentes
induzindo nelas uma fem autoinduzida que se opõe ao aumento de corrente.
Após um tempo t1 a corrente atinge I imposta pelas resistências ôhmicas
i(A)
I
t=0
t=t1
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t=t
2
Conclusões
a) Um indutor se opõe à variação da corrente
b) Em um indutor a corrente está atrasada em relação a tensão
(a tensão é máxima e a corrente ainda está crescendo)
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Indutância (L)
Se um núcleo de ferro for colocado na bobina a oposição oferecida pela
Bobina será maior, isto porque a indutância será maior.
Núcleo de ar
Núcleo de ferro
i(A)
I
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Indutância (L)
É a medida da capacidade que tem uma bobina de armazenar energia.
A sua unidade é o Henry (H)
A indutância depende das dimensões da bobina e do material do nucleo
i(t)
v(t)
Equação do Indutor
L
di
v(t )  L.
dt
Isto é, se a corrente for constante não haverá tensão induzida (v=0)
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Indutor Ideal em Corrente Alternada Senoidal
Se a um indutor ideal (resistência ôhmica nula) for aplicada uma tensão
senoidal, a corrente resultante será senoidal e atrasada de 900 em relação
à tensão aplicada.
U
I
Neste caso v(t)=VP.senw.t
i(t)=IP.sen(w.t-900)
ou
v=VP
ou
i=IP
00
-900
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Reatância Indutiva (XL)
Como vimos um indutor se opõe à variação de uma corrente. A medida desta
oposição é dada pela sua reatância indutiva ( XL ), sendo calculada por:
Com L especificado em Henries (H),
f em Hertz ( Hz ),
XL em ohms (Ω ).
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Exercício1:
Uma bobina tem 0,1 H de indutância, sendo ligada a uma tensão de 110V,
60Hz. Determinar:
a) Valor da Reatância da bobina (XL)
b ) Valor da corrente no circuito ( I )
a) XL = 2.π.60.0,1 = 37,7Ω
b) I = V / XL = 110 / 37,7 = 2,9A
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Primeira Lei de OHM para Indutor Ideal
XL
v
V0 0
0
 

X

90
 jX L
L
0
i
I  90
Desta forma podemos representar a reatância indutiva por:
X L  .L90
0
X L  jX L
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Exercícios Propostos
1) Dado o circuito pedem-se:
a) Valor da reatância da bobina e representação da mesma na forma complexa
b) Valor eficaz da corrente no circuito
c) Desenhar as formas de onda da tensão e corrente d) expressão de v(t) e i(t)
F=60Hz
2) Em que freqüência uma bobina de 100mH tem reatância de 150 Ohms?
3) Dado o circuito a seguir pedem-se:
a) Expressão da corrente na
forma polar e em função do
tempo
b) Diagrama Fasorial
F=60Hz
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Potencia em um Indutor Ideal
O gráfico da potencia instantânea é obtido fazendo-se:
p(t)=v(t).i(t)
60
p
40
20
v
t
i
v
0
1
3
5
7
9
11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41
i
p
-20
-40
-60
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Conclusão:
Observando o gráfico da potencia instantânea verificamos que o seu valor
médio é zero, significando que em um circuito puramnete indutivo não há
consumo (dissipação) de potencia.
Quando a potencia é positiva, significa que o o indutor está recebendo
Energia do gerador e armazenando-a na forma de campo magnético.
Quando a potencia é negativa , significa que o o indutor está se comportando
Como gerador, devolvendo a energia armazenada.
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Potencia Ativa
Chamamos de potencia ativa (P) ou potencia real a potencia que é
transformada em energia útil, sendo calculada por:
P  VEF .I EF . cos (W )
VEF tensão eficaz aplicada no indutor (V)
IEF corrente eficaz que circula no indutor (A)
cos é o fator de potencia do circuito
 angulo de defasagem entre a tensão e a corrente, no caso =900, portanto
P=0 (como já era esperado)
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