Resonância em Circuito RLC em Série
Considere um circuito RLC no qual o resistor, o indutor e o capacitor estão conectados em série a uma tensão de alimentação. Este circuito RLC em série tem a propriedade distinta de ressonar em uma frequência específica chamada de frequência de ressonância.
Neste circuito contendo indutor e capacitor, a energia é armazenada de duas maneiras diferentes.
Quando uma corrente flui em um indutor, a energia é armazenada no campo magnético.
Quando um capacitor é carregado, a energia é armazenada no campo elétrico estático.
O campo magnético no indutor é construído pela corrente, que é fornecida pelo capacitor em descarga. Da mesma forma, o capacitor é carregado pela corrente produzida pelo colapso do campo magnético do indutor e este processo continua indefinidamente, causando a oscilação da energia elétrica entre o campo magnético e o campo elétrico. Em alguns casos, em certa frequência chamada de frequência de ressonância, a reatância indutiva do circuito torna-se igual à reatância capacitiva, o que faz com que a energia elétrica oscile entre o campo elétrico do capacitor e o campo magnético do indutor. Isso forma um oscilador harmônico para a corrente. No circuito RLC, a presença do resistor causa a atenuação dessas oscilações ao longo do tempo, e isso é chamado de efeito de amortecimento do resistor.
Variação da Reatância Indutiva e Capacitiva com a Frequência
Variação da Reatância Indutiva em Função da Frequência
Sabemos que a reatância indutiva XL = 2πfL significa que a reatância indutiva é diretamente proporcional à frequência (XL ∝ f). Quando a frequência é zero ou no caso de corrente contínua, a reatância indutiva também é zero, e o circuito age como um curto-circuito; mas quando a frequência aumenta, a reatância indutiva também aumenta. Na frequência infinita, a reatância indutiva se torna infinita e o circuito se comporta como um circuito aberto. Isso significa que, quando a frequência aumenta, a reatância indutiva também aumenta, e quando a frequência diminui, a reatância indutiva também diminui. Portanto, se plotarmos um gráfico entre a reatância indutiva e a frequência, será uma curva linear passando pela origem, conforme mostrado na figura acima.
Variação da Reatância Capacitiva em Função da Frequência
É claro a partir da fórmula da reatância capacitiva XC = 1 / 2πfC que, a frequência e a reatância capacitiva são inversamente proporcionais. No caso de corrente contínua ou quando a frequência é zero, a reatância capacitiva se torna infinita e o circuito se comporta como um circuito aberto, e quando a frequência aumenta e se torna infinita, a reatância capacitiva diminui e se torna zero na frequência infinita, nesse ponto o circuito age como um curto-circuito, então a reatância capacitiva aumenta com a diminuição da frequência e, se plotarmos um gráfico entre a reatância capacitiva e a frequência, será uma curva hiperbólica, conforme mostrado na figura acima.
Reatância Indutiva e Capacitiva em Função da Frequência
A partir da discussão acima, pode-se concluir que a reatância indutiva é diretamente proporcional à frequência e a reatância capacitiva é inversamente proporcional à frequência, ou seja, em baixa frequência XL é baixa e XC é alta, mas deve haver uma frequência onde o valor da reatância indutiva se torna igual à reatância capacitiva. Agora, se plotarmos um único gráfico da reatância indutiva versus frequência e da reatância capacitiva versus frequência, deve ocorrer um ponto onde esses dois gráficos se cruzam. Nesse ponto de interseção, as reatâncias indutiva e capacitiva se tornam iguais, e a frequência em que essas duas reatâncias se tornam iguais é chamada de frequência de ressonância, fr.
Na frequência de ressonância, XL = XC
Em ressonância f = fr e, resolvendo a equação acima, obtemos,
Variação da Impedância em Função da Frequência
Em ressonância no circuito RLC em série, as duas reatâncias se tornam iguais e se anulam. Portanto, no circuito RLC em série ressonante, a oposição ao fluxo de corrente é devida apenas à resistência. Em ressonância, a impedância total do circuito RLC em série é igual à resistência, ou seja, Z = R, a impedância tem apenas parte real, mas nenhuma parte imaginária, e essa impedância na frequência de ressonância é chamada de impedância dinâmica, e essa impedância dinâmica é sempre menor que a impedância do circuito RLC em série. Antes da ressonância em série, ou seja, antes da frequência fr, a reatância capacitiva predomina, e após a ressonância, a reatância indutiva predomina, e na ressonância o circuito atua puramente como um circuito resistivo, causando uma grande quantidade de corrente a circular pelo circuito.
Corrente de Ressonância
No circuito RLC em série, a tensão total é a soma fasorial das tensões nos elementos resistor, indutor e capacitor. Em ressonância no circuit
