Três parâmetros fundamentais-Resistência, indutância e capacitância

Resistores (R), indutores (L) e capacitores (C) são os três componentes primários e parâmetros principais em todos os circuitos. Nenhum circuito elétrico pode operar sem pelo menos um deles. É importante notar que os elementos do circuito ideal são diferentes dos componentes físicos reais. Um elemento de circuito é um modelo ideal simplificado projetado para representar uma característica elétrica específica de um dispositivo físico. Resumindo, símbolos padronizados são usados ​​em diagramas de circuitos para refletir as propriedades elétricas de equipamentos e componentes reais. Por exemplo, dispositivos de aquecimento como cargas resistivas, fornos elétricos e barras de aquecimento podem ser representados pelo modelo de elemento resistivo na análise de circuito.

 

Mesmo assim, certos dispositivos elétricos não podem ser modelados apenas por um único elemento de circuito. Os enrolamentos do motor servem como um exemplo típico. Essencialmente estruturas de bobina, os enrolamentos podem ser representados por um indutor. No entanto, eles também apresentam resistência inerente. Por esta razão, um resistor deve ser adicionado para refletir esta propriedade resistiva. Conseqüentemente, ao construir um modelo de circuito para enrolamentos de motor, eles são expressos como uma combinação em série de resistência e indutância.

 

A resistência é o parâmetro elétrico mais simples e intuitivo. De acordo com a Lei de Ohm, sua fórmula de cálculo é (R=U/I). Num circuito, a resistência atua como um obstáculo ao fluxo de corrente. Quanto maior o valor da resistência, mais forte será a inibição da corrente elétrica. Como as características da resistência são relativamente simples, passaremos a detalhar a indutância e a capacitância.

 

1. O que são indutância e capacitância?

Conforme mencionado acima, indutância e capacitância, assim como a resistência, são parâmetros e componentes essenciais do circuito, mas adotam unidades de medida diferentes.

 

A indutância é denotada pela letraL, com a unidade do Henry (H). Ele define a capacidade de uma bobina de gerar um campo magnético. Em outras palavras, quando a corrente de entrada permanece constante, uma bobina com maior indutância produzirá um campo magnético mais forte. Em comparação, a resistência caracteriza a oposição de um componente à corrente. Sob uma tensão fixa, uma resistência mais alta leva a uma corrente operacional mais baixa.

 

A capacitância está marcada com a letraC, medido em farads (F). Descreve a capacidade de um capacitor de armazenar carga elétrica e energia elétrica. Com uma tensão aplicada constante, um capacitor com maior capacitância pode armazenar mais energia elétrica.

 

Da mesma forma, os componentes indutivos também possuem capacidades de armazenamento de energia. Um campo magnético mais forte carrega maior energia magnética. Como os campos magnéticos contêm energia, eles podem exercer força mecânica em ímãs próximos e realizar trabalho sobre eles.

 

2. A relação entre indutância, capacitância e resistência

Em essência, a indutância e a capacitância não têm correlação inerente com a resistência e suas unidades de medida são totalmente independentes. Esta distinção, no entanto, torna-se proeminente em circuitos de corrente alternada (CA).

 

Em circuitos de corrente contínua (CC), os indutores funcionam como curtos-circuitos, enquanto os capacitores atuam como circuitos abertos. No entanto, em circuitos CA, tanto indutores quanto capacitores geram oposição à corrente-dependente da frequência. Este tipo de efeito{3}limitador de corrente não é chamado de resistência, mas reatância, representada pelo símbolo X. A oposição reativa produzida por um indutor é definida como reatância indutiva ((XL)), e a gerada por um capacitor é reatância capacitiva ((XC)).

 

Tanto a reatância indutiva quanto a capacitiva compartilham a mesma unidade que a resistência: o ohm. Todas as três grandezas inibem o fluxo de corrente nos circuitos. A principal diferença está na dependência da frequência: a resistência permanece constante independentemente da frequência, enquanto a reatância indutiva e capacitiva muda conforme a frequência flutua. Fundamentalmente, a reatância em circuitos CA surge da variação contínua de energia causada pela mudança de tensão e corrente.

 

Para indutores, a corrente flutuante leva a mudanças contínuas em seus campos magnéticos e na energia armazenada. Seguindo a lei da indução eletromagnética, um campo magnético induzido sempre neutraliza as alterações no campo magnético original. À medida que a frequência operacional aumenta, esse efeito contrário se intensifica, resultando em maior reatância indutiva.

 

Quando a tensão através de um capacitor flutua, a carga elétrica em suas placas muda de acordo. Quanto mais rápida a tensão muda, mais rápida e intensamente a carga se move entre as placas. O fluxo direcionado de carga elétrica é exatamente corrente elétrica. Simplificando, variações de tensão mais rápidas produzem corrente capacitiva maior, o que significa inibição de corrente mais fraca pelo capacitor e menor reatância capacitiva.

 

Para concluir, a reatância indutiva é diretamente proporcional à frequência, enquanto a reatância capacitiva é inversamente proporcional à frequência.

 

3. Diferenças de potência entre indutância, capacitância e resistência

Os elementos resistivos consomem energia continuamente em circuitos CC e CA, onde a tensão e a corrente permanecem perfeitamente em fase. O diagrama de curva abaixo ilustra as características de tensão, corrente e potência de um resistor em um circuito CA. Conforme mostrado no gráfico, a potência resistiva é sempre maior ou igual a zero, indicando que os resistores absorvem e consomem energia elétrica constantemente.

 

 

Em circuitos CA, a potência dissipada pelos resistores é chamada de potência média, ou mais comumente, potência ativa, denotada pela letra maiúscula P. A potência ativa reflete exclusivamente o consumo de energia dos componentes elétricos. Para qualquer dispositivo que consome eletricidade, a potência ativa quantifica a magnitude e a taxa de sua perda de energia.

 

Em contraste, indutores e capacitores não consomem energia elétrica líquida. Eles apenas armazenam e liberam energia ciclicamente. Os indutores absorvem energia elétrica e a convertem em energia de campo magnético e, em seguida, liberam a energia magnética armazenada de volta em energia elétrica em um ciclo repetido. Da mesma forma, os capacitores convertem a energia elétrica recebida em energia de campo elétrico e, posteriormente, descarregam essa energia de volta ao circuito na forma de eletricidade.

Esta troca cíclica de energia entre os componentes e a fonte de alimentação não envolve nenhum consumo real de energia, portanto não pode ser quantificada pela potência ativa. Para definir esta forma especial de troca de energia, os físicos introduziram o conceito de potência reativa, representada pela letra maiúscula Q.

 

Tanto a potência ativa quanto a potência reativa se enquadram na definição de "potência", que descreve a taxa de transferência ou conversão de energia. A potência ativa reflete a rapidez com que um resistor consome energia elétrica. Por exemplo, uma lâmpada de 100 watts consome energia duas vezes mais rápido que uma de 50 watts.

A potência reativa, por outro lado, mede a taxa de troca cíclica de energia entre os componentes indutivos/capacitivos e a rede elétrica. É fundamental enfatizar o termo troca de energia. Uma potência reativa mais alta significa que indutores e capacitores extraem mais energia alternada da fonte de alimentação, mesmo que essa energia seja usada apenas para armazenamento e liberação periódica, em vez de ser consumida.