Por que é que quando um indutor produz alta voltagem e não uma corrente elevada?

Quando um indutor colapsa (por exemplo, quando um interruptor no circuito do indutor se abre repentinamente), ele produz uma alta voltagem em vez de uma corrente elevada. Isso pode ser explicado pelas propriedades básicas de um indutor e seu mecanismo de armazenamento de energia. Aqui está uma explicação detalhada:

Propriedades Básicas de um Indutor

A propriedade fundamental de um indutor pode ser expressa pela seguinte fórmula:

onde:

V é a voltagem através do indutor.

L é a indutância do indutor. dI/dt é a taxa de variação da corrente em relação ao tempo.

Esta fórmula indica que a voltagem através do indutor é proporcional à taxa de variação da corrente. Em outras palavras, um indutor resiste a mudanças rápidas na corrente.

Armazenamento de Energia

Um indutor armazena energia quando a corrente flui através dele, e essa energia é armazenada no campo magnético. A energia E armazenada em um indutor pode ser expressa pela seguinte fórmula:

onde:

• E é a energia armazenada.

• L é a indutância.

• I é a corrente fluindo através do indutor.

Quando o Interruptor Abre

Quando um interruptor no circuito do indutor se abre repentinamente, a corrente não pode cair instantaneamente para zero porque o campo magnético no indutor precisa de tempo para liberar sua energia armazenada. Como a corrente não pode mudar instantaneamente, o indutor tenta manter o fluxo de corrente existente.

No entanto, como o interruptor se abriu, o caminho para a corrente é interrompido. O indutor não pode continuar a manter a corrente, então ele gera uma voltagem muito alta em seus terminais. Esta alta voltagem tenta forçar a corrente a continuar fluindo, mas, como o circuito está quebrado, a corrente não pode passar, e o indutor libera sua energia armazenada através da alta voltagem.

Explicação Matemática

De acordo com a relação voltagem-corrente de um indutor V=L(dI/dt) quando o interruptor se abre repentinamente, a corrente I deve cair para zero muito rapidamente. Isso significa que a taxa de variação da corrente dI/dt torna-se muito grande, resultando em uma voltagem V muito alta.

Fenômeno Prático

Em circuitos práticos, esta alta voltagem pode causar descargas elétricas ou danificar outros componentes no circuito. Para evitar isso, geralmente é conectado um diodo (conhecido como diodo de retorno ou diodo de rotação livre) em paralelo com o indutor. Isso permite que a corrente continue fluindo através do diodo quando o interruptor se abre, evitando assim a geração de voltagens excessivamente altas.

Resumo

Quando um interruptor em um circuito de indutor se abre repentinamente, uma alta voltagem é produzida em vez de uma corrente elevada porque o indutor tenta manter o fluxo de corrente existente. No entanto, como o circuito está quebrado, a corrente não pode continuar fluindo, e o indutor libera sua energia armazenada gerando uma alta voltagem. Esta alta voltagem é devida à taxa de variação da corrente dI/dt muito grande.