Atraso da corrente em um indutor (duas lâmpadas)

Currículos: APC, Sek II

Abrir a versão completa ↗

Objetivo

Observar como um indutor atrasa o crescimento da corrente quando o circuito é ligado.

A montagem

Uma fonte de 6 V e um interruptor (aberto). Dois ramos em paralelo com lâmpadas de 6 V / 0,5 W: embaixo — uma lâmpada e um resistor de 20 Ω, em cima — uma lâmpada e um indutor de 100 H com resistência do enrolamento de 20 Ω.

Procedimento

1. Feche o interruptor e observe as duas lâmpadas.
2. Abra o interruptor.
3. No cartão de parâmetros do indutor, reduza a indutância para 10 H e repita.

Resultado esperado

A lâmpada com o resistor acende de imediato; a lâmpada com o indutor acende cerca de um a dois segundos depois, e a partir daí o brilho das duas é o mesmo: as resistências dos ramos são iguais. Depois que o interruptor é aberto, as duas lâmpadas se apagam juntas, em cerca de meio segundo: a corrente do indutor continua circulando pela malha formada pelos dois ramos e passa pelas duas lâmpadas. O tempo de crescimento da corrente é de cerca de \(L / R\). Com 10 H o atraso é dez vezes menor — cerca de um décimo de segundo, mas o olho ainda consegue percebê-lo. Um indutor de 100 H com enrolamento de 20 Ω é muito grande: nos indutores escolares com núcleo de ferro \(L / R\) é uma fração de segundo, e o atraso em uma montagem real é igualmente curto.

Questões

1. Por que um indutor impede que a corrente cresça instantaneamente?
2. Por que as lâmpadas brilham com a mesma intensidade em regime estacionário?

Respostas

1. Quando a corrente varia, o campo magnético da bobina varia e induz uma força eletromotriz de autoindução, proporcional à taxa de variação, \(L \cdot \Delta I / \Delta t\), e contrária à variação. Um salto brusco exigiria uma força eletromotriz infinitamente grande, então a corrente cresce gradualmente, em um tempo de cerca de \(L / R\): um a dois segundos com 100 H nesta montagem.
2. Em regime estacionário a corrente já não varia, então não há força eletromotriz autoinduzida, e o indutor se comporta como o seu enrolamento de 20 Ω. Os dois ramos têm então uma lâmpada em série com 20 Ω sob a mesma tensão, por isso as correntes e o brilho são iguais.