Autoindução ao abrir o circuito

Currículos: APC, Sek II

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Objetivo

Observar a força eletromotriz autoinduzida quando se abre um circuito que contém um indutor.

A montagem

Uma fonte de 6 V, um interruptor (fechado) e um indutor de 20 H com resistência do enrolamento de 50 Ω; em paralelo com o indutor — uma lâmpada de 6 V / 0,5 W. O indutor estabelece sua corrente em alguns segundos depois que o experimento é aberto: cerca de 0,12 A, 1,4 vez a corrente da lâmpada (0,083 A).

Procedimento

1. Espere alguns segundos, até que a corrente do indutor se estabilize.
2. Coloque em ×0.1 a velocidade do relógio da simulação na barra de ferramentas para ver o clarão com mais facilidade, abra o interruptor e observe a lâmpada.
3. Volte a velocidade para ×1, feche o interruptor, espere de novo alguns segundos e abra-o.

Resultado esperado

Depois que o interruptor é aberto, a lâmpada dá um clarão três vezes mais brilhante que o normal e se apaga em décimos de segundo (em ×0.1, em alguns segundos). O indutor mantém sua corrente, e ela passa pela lâmpada — cerca de 0,12 A, 1,4 vez a sua corrente nominal; a tensão na lâmpada sobe por um instante até cerca de 9,3 V — mais que a da fonte. O indutor foi escolhido de modo que sua corrente seja só um pouco maior que a corrente da lâmpada: com um indutor que estabelecesse o triplo da corrente, a lâmpada queimaria na primeira vez que o interruptor fosse aberto.

Questões

1. De onde vem a energia do clarão?
2. Por que se liga um diodo em paralelo com o enrolamento de um relé?

Respostas

1. Do campo magnético do indutor. Com 0,12 A ele armazena \(W = L \cdot I^2 / 2\) = 20 · 0,12² / 2 ≈ 0,14 J; depois que o interruptor é aberto, essa energia mantém a corrente passando pela lâmpada e se transforma em calor e luz no filamento e em calor no enrolamento de 50 Ω.
2. Quando um relé é desligado, sua bobina mantém a corrente circulando, como faz o indutor desta montagem. Sem um caminho para essa corrente, a tensão autoinduzida sobe o suficiente para provocar uma faísca entre os contatos do interruptor ou a ruptura do transistor que aciona a bobina. O diodo, polarizado reversamente em funcionamento normal, oferece à corrente uma malha fechada em torno da bobina, o papel que a lâmpada cumpre nesta montagem, e assim o interruptor fica sujeito a pouco mais que a tensão de alimentação.