31.2: Autoindutância

A indutância mútua ocorre quando uma corrente em um circuito produz um campo magnético variável que induz uma força eletromotriz (fem) em outro circuito. Por outro lado, a autoindutância ocorre quando a corrente que passa pelo circuito muda, criando um fluxo magnético variável, resultando em indutância no mesmo circuito.

Considere um circuito conectado a uma fonte de corrente alternada. À medida que a corrente varia com o tempo, o fluxo magnético através do circuito muda correspondentemente. A lei de Faraday nos diz que uma fem seria, portanto, induzida no circuito, e ela será dada pela derivada temporal negativa do fluxo magnético. Como o campo magnético devido a uma corrente é diretamente proporcional à corrente, o fluxo devido a esse campo também é proporcional à corrente. A constante de proporcionalidade é conhecida como autoindutância do circuito. Semelhante à indutância mútua, a unidade SI de autoindutância é o henry.

A autoindutância está associada ao campo magnético produzido por uma corrente; qualquer configuração de condutores possui autoindutância. Por exemplo, além de um laço/loop de fio, um fio longo e reto também possui autoindutância, assim como um cabo coaxial. Um cabo coaxial é mais comumente usado pela indústria de televisão a cabo, e também pode ser encontrado conectando seu modem a cabo. Os cabos coaxiais são usados devido à sua capacidade de transmitir sinais elétricos com distorção mínima. Os cabos coaxiais possuem dois condutores cilíndricos longos que possuem corrente e autoindutância, o que pode causar efeitos indesejáveis.

Se o fio que conduz a corrente for transformado em um loop com N voltas, então a autoindutância é expressa como a relação entre N vezes o fluxo magnético através de cada volta e a corrente que passa pelo laço.

A corrente que flui em qualquer circuito isolado produz um campo magnético no circuito. Ao mudar a corrente, o fluxo magnético também muda, induzindo uma fem.

Essa fem é chamada de fem auto-induzida, e o fenômeno é a auto-indutância.

De acordo com a lei de Lenz, a fem auto-induzida se opõe a qualquer mudança na corrente que flui através do circuito.

Usando a lei de Faraday, a fem auto-induzida no circuito pode ser expressa em termos de fluxo magnético.

Além disso, o fluxo magnético no circuito é proporcional à corrente que flui através dele, e a constante de proporcionalidade é conhecida como auto-indutância do circuito correspondente.

A autoindutância é puramente um fator geométrico que precisa ser calculado separadamente para todas as geometrias do condutor.

Usando a lei de Faraday e a definição de auto-indutância, a fem induzida pode ser expressa em termos de auto-indutância.

Para um condutor de corrente direta, a lei de Ampère fornece o campo magnético dentro do condutor. O fluxo magnético é calculado integrando o campo magnético sobre a área da seção transversal. Assim, a auto-indutância do condutor condutor de corrente reta pode ser estimada.