Autoindução – circuito RL e constante de tempo τ = L/R
FísicaCampos elétricos e magnéticosIdades 17–18Laboratório virtual
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Monte um solenoide (espiras, comprimento, raio, núcleo de ferro) para obter L = μ₀μᵣN²A/l e depois feche e abra um circuito RL: a corrente cresce e decai exponencialmente com τ = L/R, a fem induzida é −L·di/dt e a bobina armazena ½LI²; uma lâmpada acende com atraso ao fechar e pisca forte ao abrir. Outras telas medem L com uma corrente triangular, mostram a indução mútua com e sem núcleo de ferro e comparam a resistência da bobina em corrente contínua com sua impedância em corrente alternada.
Aula: Autoindução, circuitos RL e indução mútua
O que mostra
Quando a corrente numa bobina varia, o fluxo magnético da própria bobina varia e induz uma fem ε = −L·di/dt que se opõe à variação (lei de Lenz). Num solenoide longo L = μ₀μᵣN²A/l, então mais espiras ou um núcleo de ferro dão uma indutância muito maior. Num circuito com resistência R a corrente não pode saltar: cresce como I = (ε/R)(1 − e^(−t/τ)) e decai como I₀e^(−t/τ), com constante de tempo τ = L/R, e a bobina armazena a energia ½LI². O modelo trata a bobina como um solenoide ideal em série com a resistência r do fio, as lâmpadas como resistores fixos e o diodo como ideal.
Como usar
Clique em Fechar K ou toque na chave: a corrente e a marca de 63 % aparecem em câmera lenta, e o τ medido vai para Resultados. Escolha um circuito com lâmpadas para ver uma lâmpada acender tarde ou piscar. Em Corrente triangular, registre a tensão da bobina e |di/dt|; em Indução mútua, compare Ar e Núcleo de ferro; em Contínua / alternada, registre V e I nas duas fontes. Desmarque Mostrar valores teóricos (L, τ, M, Z) e responda cada tarefa.
Parâmetros que você pode mudar
- Tela Chaveamento de um circuito RL, Corrente triangular, Indução mútua, Contínua e alternada
- Número de espiras N 100–2000
- Comprimento da bobina l 5–50 cm
- Raio da bobina 0,5–4 cm
- Núcleo Ar, Ferro
- Permeabilidade relativa μᵣ do núcleo de ferro 10–2000
- Resistência da bobina r 1–50 Ω
- Fem da fonte ε (tensão V na tela de contínua/alternada) 1–12 V
- Resistência R 1–200 Ω
- Circuito (tela de chaveamento) R em série com a bobina, diodo ao abrir, Duas lâmpadas: a da bobina acende com atraso, Lâmpada em paralelo com a bobina: pisca ao abrir
- Espiras do secundário N₂ (indução mútua) 100–2000
- Como a corrente do primário varia (indução mútua) Fechar/abrir K, Subida ou descida uniforme em 0,5 s
- Frequência da corrente triangular 5–1000 Hz
- Amplitude da corrente triangular Iₘ 1–100 mA
- Frequência da alternada 10–1000 Hz
- Mostrar valores teóricos (L, τ, M, Z)
Perguntas para explorar
- Como a indutância L e a constante de tempo τ mudam quando você dobra o número de espiras?
- Por que uma lâmpada ligada em paralelo com uma bobina pisca forte quando a chave é aberta?
- Por que uma bobina com núcleo de ferro deixa passar muito menos corrente alternada do que contínua?
