31.1: Indutância Mútua

A indutância é a propriedade de um dispositivo que nos diz quão efetivamente ele induz uma força eletromotriz (fem) em outro dispositivo. Em outras palavras, ele é uma grandeza física que expressa a efetividade de um determinado dispositivo.

Quando dois circuitos que carregam correntes variáveis no tempo estão próximos um do outro, o fluxo magnético através de cada circuito varia devido à corrente em mudança no outro circuito. Consequentemente, uma fem é induzida em cada circuito devido à corrente em mudança no outro. Portanto, esse tipo de fem é chamado fem mutuamente induzida e o fenômeno é conhecido como indutância mútua (M).

O valor de M encapsula de forma adequada as propriedades físicas dos elementos do circuito e nos permite separar o layout físico do circuito das quantidades dinâmicas, como a fem e a corrente.

Um valor de indutância mútua grande pode ou não ser desejável. Queremos que um transformador tenha uma indutância mútua grande. Mas um eletrodoméstico, como uma secadora de roupas elétrica, pode induzir uma fem perigosa em seu gabinete metálico se a indutância mútua entre suas bobinas e o gabinete for grande. Uma maneira de reduzir a indutância mútua é inverter as bobinas para cancelar o campo magnético produzido.

Considere duas bobinas de cobre com N₁ e N₂ voltas, rotuladas como bobinas primárias e secundárias, colocadas próximas uma da outra.

Uma corrente variável I₁ é passada na bobina primária, gerando um campo magnético.

Algumas das linhas do campo magnético também passam pela bobina secundária, e a mudança do fluxo magnético induz uma fem e corrente na bobina secundária, que pode ser avaliada usando a lei de Faraday.

Além disso, o fluxo magnético na bobina secundária é proporcional à corrente que flui na bobina primária.

Uma constante M é introduzida para remover o sinal de proporcionalidade, que é chamado de indutância mútua.

A indutância mútua depende apenas da geometria e orientação de ambas as bobinas, e sua unidade SI é o henry.

Ao combinar e reorganizar as equações, a fem induzida na bobina secundária é obtida.

Agora, invertendo o caso, a fem induzida na bobina primária devido à mudança de corrente na bobina secundária pode ser obtida.

Se as bobinas estiverem no vácuo, as constantes correspondentes de indutância mútua de ambas as bobinas são iguais.