Bobina de indução: diferenças entre revisões
Sem resumo de edição |
|||
| (Há 9 edições intermédias do mesmo utilizador que não estão a ser apresentadas) | |||
| Linha 1: | Linha 1: | ||
{{Ver desambig| para o tipo específico| Transformador| para o componente eléctrico mais geral| Indutor}} | {{Ver desambig| para o tipo específico| Transformador| para o componente eléctrico mais geral| Indutor}} | ||
[[Ficheiro:Induktionsapparat hg.jpg|thumb|upright=1.2|Bobina de indução antiga usado nas escolas, de por volta de 1900, Bremerhaven, Alemanha]] | |||
[[Ficheiro:Induction coil cutaway.jpg|thumb|upright=1.2|Bobina de indução, mostrando a construção, 1920.]] | |||
Uma '''bobina de indução''' ou "bobina de ignição" (Arcaica) conhecida como um '''inductorium''' ou '''bobina de [[Heinrich Ruhmkorff|Ruhmkorff]]''' é um tipo de [[transformador]] elétrico usado para produzir pulsos de alta tensão a partir de uma (DC) [[Corrente contínua]] baixa tensão<ref name="Britannica">John Archibald Fleming {{cite encyclopedia | |||
[[ | | title = Induction Coil | ||
| encyclopedia = Encyclopaedia Britannica, 11th Ed. | |||
| volume = 13 | |||
| pages = 502–505 | |||
| publisher = The Encyclopaedia Britannica Co. | |||
| date = 1911 | |||
| url = http://books.google.com/books?id=XFobAQAAMAAJ&pg=RA1-PA504&dq=%22induction+coil | |||
| id = | |||
| accessdate = October 13, 2014}}</ref><ref name="Collins">{{cite book | |||
|last=Collins | |||
|first=Archie F. | |||
|title=The Design and Construction of Induction Coils | |||
|date=1908 | |||
|page= | |||
|publisher=Munn & Co.|location=New York|url=http://books.google.com/?id=dJNPAAAAMAAJ&pg=PA98}} p.98</ref>. Para criar as mudanças do fluxo necessário para induzir tensão no secundário, a corrente no primário é repetidamente interrompida por uma contacto mecânico chamado [[interruptor]]<ref name="Britannica" />. Desenvolvido no início de 1836 por [[Nicholas Callan]] e outros<ref name="Britannica" />, a bobina de indução foi o primeiro tipo de transformador. Eles foram muito utilizados em [[Raios X|Maquinas de produção de Raios X]]<ref name="Britannica" /><ref name="Collins1">[http://books.google.com/books?id=dJNPAAAAMAAJ&pg=PR3&dq=X-ray Collins, 1908, p. iii]</ref>, [[transmissor de faíscas|transmissores de rádio a faiscas]]<ref name="Britannica" /><ref name="Collins1" />, [[Lâmpada a arco voltaico|Lâmpadas a arco]] e [[eletroterapia|dispositivos no domínio medical]] da década de 1880, a década de 1920. Hoje, a sua única utilização é como [[bobina de ignição]] em [[motor de combustão interna|motores de combustão interna]] e em física para demonstrar a [[lei de Faraday-Neumann-Lenz|indução]]. | |||
O termo 'bobina de indução' também é usado para uma bobina carregando [[corrente alternada]] (CA) de alta-frequência, produzindo [[corrente de Foucault|correntes induzidas]] em objetos colocados no interior da bobina de material condutor, relativamente grande, em [[aquecimento indutivo]] ou equipamento de [[refino por zonas]]. | |||
[[ | |||
==Construção e função== | |||
[[Imagem:Ruhmkorff coil schematic 1.svg|thumb|upright=1.3|Schematic diagram]] | |||
Veja o diagrama esquemático. Uma bobina de indução consiste em duas bobinas de fio de cobre isolado enrolado ao redor de um [[núcleo magnético|núcleo de ferro doce]] comum ''(M)''.<ref name="Britannica" /><ref name="Collins2">[http://books.google.com/books?id=dJNPAAAAMAAJ&pg=PA16 Collins, 1908, p. 16-19]</ref> Uma bobina, chamada o ''[[enrolamento primário]]'' ''(P)'', é feito de relativamente poucas voltas (dezenas ou centenas) de fio grosso.<ref name="Collins2" /> A outra bobina, o ''[[enrolamento secondario]],'' ''(S)'' normalmente consiste em muitos (milhares) de espiras de fio fino.<ref name="Britannica" /><ref name="Collins2" /> | |||
Uma [[corrente elétrica]] é passada através do primário, criando um [[campo magnético]].<ref name="Britannica" /><ref name="Collins2" /> Por causa do núcleo comum, a maioria do campo magnético da primária casais com o enrolamento secundário. A primária se comporta como um [[indutor]], armazenando a energia no campo magnético associado. Quando a corrente primária é interrompida de repente, o campo magnético desmorona rapidamente. Isso faz com que o enrolamento segundario entre em self indução através da [[indução eletromagnética]] desenvolvendo entre os terminais [[alta voltagem]]. Devido ao grande número de voltas na bobina secundária, a subida de tensão secundária é normalmente de muitos milhares de [[volt]]s. Esta tensão muitas vezes é suficiente para causar uma [[faísca elétrica]] e fazê-la saltar através de uma abertura de ar separando os terminais de saída do secundário ''(G)'' . Por esta razão, as bobinas de indução foram chamadas bobinas de ignição. | |||
O tamanho das bobinas de indução é normalmente especificado pelo comprimento da faísca pode produzir; uma bobina de indução de '4 inch' (10 cm) pode produzir um arco de 4 inch. | |||
=== | ===O interruptor=== | ||
{{multiple image | |||
| align = left | |||
| direction = vertical | |||
| header = | |||
| image1 = Induction coil waveforms.svg | |||
| caption1 = Without capacitor | |||
| image2 = Induction coil waveforms with capacitor.svg | |||
| caption2 = With capacitor | |||
| width = 200 | |||
| footer = Formas de onda da bobina de indução, demonstrando como funciona o interruptor. O traço <span style="color:blue;">azul</span>, <span style="color:blue;">''i<sub>1</sub>''</span> é a corrente no enrolamento da bobine primaria. Ele é quebrado periodicamente pelo contacto vibratório do interruptor. A tensão induzida no secundário, <span style="color:red;">''v<sub>2</sub>''</span> mostrado em <span style="color:red;">vermelho</span>, é proporcional à taxa de mudança (inclinação) da corrente primária. Ambos "inicio" e "quebra" dos pulsos de corrente induzem tensão no secundário, mas a mudança de corrente é muito mais abrupta no "intervalo", e isso gera os pulsos de alta tensão produzidos pela bobina. | |||
}} | |||
Para operar a bobina continuamente, a alimentação de corrente DC deve ser quebrada repetidamente para criar as mudanças do campo magnético necessárias para indução. Bobinas de indução usam um braço vibrando magneticamente ativando o chamado 'interruptor' ou 'platinado' conectando rapidamente para quebrar a corrente que flui na a bobina primária. O interruptor é montado na extremidade da bobina ao lado do núcleo de ferro doce. Quando a alimentação é ligada, o campo magnético do núcleo criado pela corrente que flui na primária atrai a armadura de ferro do interruptor presa ao braço elástico, abrindo um par de contatos no circuito primário. Quando o campo magnético então entra em colapso, o braço molas, fechando os contactos novamente e ligando a corrente novamente. Este ciclo é repetido muitas vezes por segundo. | |||
Em oposição potenciais são induzidos no secundário quando o interruptor "quebra" o circuito e 'fecha' o circuito. No entanto, a mudança de corrente no primário é muito mais abrupta, quando o interruptor 'quebra'. Quando fecham os contactos, a corrente se acumula lentamente no primário porque a tensão de alimentação tem capacidade limitada para forçar a corrente através da indutância da bobina. Em contraste, quando abre os contactos do interruptor, a corrente cai a zero de repente. Portanto o pulso de tensão induzida no secundário em 'pausa' é muito maior do que o pulso induzido em 'fechar', é a 'quebra' que gera a saída de alta tensão da bobina. Um "amortecedor" [[capacitor]] de 0,5 a 15 [[Microfarad|μF]] é usado entre os contactos para saciar o arco sobre o 'corte', que faz com que seja muito mais rápido em comutação e mais altas tensões. Então a saída do circuito aberto de [[onda]] de uma bobina de indução é uma série de alternância de pulsos positivos e negativos, mas com uma polaridade muito maior do que o outro. | |||
===Capacitor=== | |||
Um arco é formado entre os contactos do interruptor no 'corte' que consome a energia armazenada na bobina, retardando a taxa de variação da corrente primária, reduzindo a tensão de saída. Para evitar isso está um [[capacitor]] ''(C)'' entre 0.5 a 15 [[Microfarad|μF]] é conectado entre os contactos para aumentar a velocidade de comutação 'pausa', produzindo tensões muito maiores. Também previne danos para os contactos pelo arco. O capacitor e o enrolamento primário juntos formam um [[Circuito LC]], assim que em quebra uma oscilação em decomposição fluxos de corrente sinusoidais no primário. Isso induz uma tensão senoidal no secundário. Assim que o pulso de saída de alta tensão em cada pausa na verdade consiste em uma forma alternada série de positivo e negativo pulsos '(à esquerda)' que decaem rapidamente para zero, cada pulso causando uma separado faísca entre os eléctrodos de saída. | |||
==Construction details== | ==Construction details== | ||
Edição atual desde as 02h29min de 19 de março de 2015


Uma bobina de indução ou "bobina de ignição" (Arcaica) conhecida como um inductorium ou bobina de Ruhmkorff é um tipo de transformador elétrico usado para produzir pulsos de alta tensão a partir de uma (DC) Corrente contínua baixa tensão[1][2]. Para criar as mudanças do fluxo necessário para induzir tensão no secundário, a corrente no primário é repetidamente interrompida por uma contacto mecânico chamado interruptor[1]. Desenvolvido no início de 1836 por Nicholas Callan e outros[1], a bobina de indução foi o primeiro tipo de transformador. Eles foram muito utilizados em Maquinas de produção de Raios X[1][3], transmissores de rádio a faiscas[1][3], Lâmpadas a arco e dispositivos no domínio medical da década de 1880, a década de 1920. Hoje, a sua única utilização é como bobina de ignição em motores de combustão interna e em física para demonstrar a indução.
O termo 'bobina de indução' também é usado para uma bobina carregando corrente alternada (CA) de alta-frequência, produzindo correntes induzidas em objetos colocados no interior da bobina de material condutor, relativamente grande, em aquecimento indutivo ou equipamento de refino por zonas.
Construção e função

Veja o diagrama esquemático. Uma bobina de indução consiste em duas bobinas de fio de cobre isolado enrolado ao redor de um núcleo de ferro doce comum (M).[1][4] Uma bobina, chamada o enrolamento primário (P), é feito de relativamente poucas voltas (dezenas ou centenas) de fio grosso.[4] A outra bobina, o enrolamento secondario, (S) normalmente consiste em muitos (milhares) de espiras de fio fino.[1][4]
Uma corrente elétrica é passada através do primário, criando um campo magnético.[1][4] Por causa do núcleo comum, a maioria do campo magnético da primária casais com o enrolamento secundário. A primária se comporta como um indutor, armazenando a energia no campo magnético associado. Quando a corrente primária é interrompida de repente, o campo magnético desmorona rapidamente. Isso faz com que o enrolamento segundario entre em self indução através da indução eletromagnética desenvolvendo entre os terminais alta voltagem. Devido ao grande número de voltas na bobina secundária, a subida de tensão secundária é normalmente de muitos milhares de volts. Esta tensão muitas vezes é suficiente para causar uma faísca elétrica e fazê-la saltar através de uma abertura de ar separando os terminais de saída do secundário (G) . Por esta razão, as bobinas de indução foram chamadas bobinas de ignição.
O tamanho das bobinas de indução é normalmente especificado pelo comprimento da faísca pode produzir; uma bobina de indução de '4 inch' (10 cm) pode produzir um arco de 4 inch.
O interruptor
{{#invoke:Imagem múltipla|render}} Para operar a bobina continuamente, a alimentação de corrente DC deve ser quebrada repetidamente para criar as mudanças do campo magnético necessárias para indução. Bobinas de indução usam um braço vibrando magneticamente ativando o chamado 'interruptor' ou 'platinado' conectando rapidamente para quebrar a corrente que flui na a bobina primária. O interruptor é montado na extremidade da bobina ao lado do núcleo de ferro doce. Quando a alimentação é ligada, o campo magnético do núcleo criado pela corrente que flui na primária atrai a armadura de ferro do interruptor presa ao braço elástico, abrindo um par de contatos no circuito primário. Quando o campo magnético então entra em colapso, o braço molas, fechando os contactos novamente e ligando a corrente novamente. Este ciclo é repetido muitas vezes por segundo.
Em oposição potenciais são induzidos no secundário quando o interruptor "quebra" o circuito e 'fecha' o circuito. No entanto, a mudança de corrente no primário é muito mais abrupta, quando o interruptor 'quebra'. Quando fecham os contactos, a corrente se acumula lentamente no primário porque a tensão de alimentação tem capacidade limitada para forçar a corrente através da indutância da bobina. Em contraste, quando abre os contactos do interruptor, a corrente cai a zero de repente. Portanto o pulso de tensão induzida no secundário em 'pausa' é muito maior do que o pulso induzido em 'fechar', é a 'quebra' que gera a saída de alta tensão da bobina. Um "amortecedor" capacitor de 0,5 a 15 μF é usado entre os contactos para saciar o arco sobre o 'corte', que faz com que seja muito mais rápido em comutação e mais altas tensões. Então a saída do circuito aberto de onda de uma bobina de indução é uma série de alternância de pulsos positivos e negativos, mas com uma polaridade muito maior do que o outro.
Capacitor
Um arco é formado entre os contactos do interruptor no 'corte' que consome a energia armazenada na bobina, retardando a taxa de variação da corrente primária, reduzindo a tensão de saída. Para evitar isso está um capacitor (C) entre 0.5 a 15 μF é conectado entre os contactos para aumentar a velocidade de comutação 'pausa', produzindo tensões muito maiores. Também previne danos para os contactos pelo arco. O capacitor e o enrolamento primário juntos formam um Circuito LC, assim que em quebra uma oscilação em decomposição fluxos de corrente sinusoidais no primário. Isso induz uma tensão senoidal no secundário. Assim que o pulso de saída de alta tensão em cada pausa na verdade consiste em uma forma alternada série de positivo e negativo pulsos '(à esquerda)' que decaem rapidamente para zero, cada pulso causando uma separado faísca entre os eléctrodos de saída.
Construction details
To prevent the high voltages generated in the coil from breaking down the thin insulation and arcing between the secondary wires, the secondary coil uses special construction so as to avoid having wires carrying large voltage differences lying next to each other. In one widely-used technique, the secondary coil is wound in many thin flat pancake-shaped sections (called "pies"), connected in series. The primary coil is first wound on the iron core, and insulated from the secondary with a thick paper or rubber coating. Then each secondary subcoil is connected to the coil next to it, and slid onto the iron core, insulated from adjoining coils with waxed cardboard disks. The voltage developed in each subcoil isn't large enough to jump between the wires in the subcoil. Large voltages are only developed across many subcoils in series, which are too widely separated to arc over. To give the entire coil a final insulating coating, it is immersed in melted paraffin wax or rosin, and the air evacuated to ensure there are no air bubbles left inside, and the paraffin allowed to solidify, so the entire coil is encased in wax.
To prevent eddy currents, which cause energy losses, the iron core is made of a bundle of parallel iron wires, individually coated with shellac to insulate them electrically. The eddy currents, which flow in loops in the core perpendicular to the magnetic axis, are blocked by the layers of insulation. The ends of the insulated primary coil often protruded several inches from either end of the secondary coil, to prevent arcs from the secondary to the primary or the core.
Mercury and electrolytic interrupters

Although modern induction coils used for educational purposes all use the vibrating arm 'hammer' type interrupter described above, these were inadequate for powering the large induction coils used in spark-gap radio transmitters and x-ray machines around the turn of the 20th century. In powerful coils the high primary current created arcs at the interrupter contacts which quickly destroyed the contacts. Also, since each "break" produces a pulse of voltage from the coil, the more breaks per second the greater the power output. Hammer interrupters were not capable of interruption rates over 200 breaks per second, and the ones used on powerful coils were limited to 20 – 40 breaks per second.
Therefore much research went into improving interrupters, and improved designs were used in high power coils, with the hammer interrupters only used on small coils under 8" sparks.[5] Léon Foucault and others developed interrupters consisting of an oscillating needle dipping into and out of a container of mercury. The mercury was covered with a layer of spirits which extinguished the arc quickly, causing faster switching. These were often driven by a separate electromagnet or motor, which allowed the interruption rate and "dwell" time to be adjusted separately of the primary current.
The largest coils used either electrolytic or mercury turbine interrupters. The electrolytic or Wehnelt interrupter, invented by Arthur Wehnelt in 1899, consisted of a short platinum needle anode immersed in an electrolyte of dilute sulfuric acid, with the other side of the circuit connected to a lead plate cathode.[6] When the primary current passed through it, gas bubbles formed on the needle which repeatedly broke the circuit. This resulted in a primary current broken randomly at rates up to 2000 breaks per second. Mercury turbine interrupters had a centrifugal pump which sprayed a stream of liquid mercury on rotating metal contacts. They could achieve interruption rates up to 10,000 breaks per second, and were the most widely used type of interrupter in commercial wireless stations.[6]
{{#invoke:Imagem múltipla|render}}
History

The induction coil was the first type of electrical transformer. During its development between 1836 and the 1860s, mostly by trial and error, researchers discovered many of the principles that governed all transformers, such as the proportionality between turns and output voltage, and the use of a "divided" iron core to reduce eddy current losses.
Michael Faraday discovered the principle of induction, Faraday's induction law, in 1831 and did the first experiments with induction between coils of wire.[7] The induction coil was invented by the Irish scientist and Catholic priest Nicholas Callan in 1836 at the St. Patrick's College, Maynooth[8][9][10][11] and improved by William Sturgeon and Charles Grafton Page. George Henry Bachhoffner and Sturgeon (1837) independently discovered that a "divided" iron core of iron wires reduced power losses.[12] The early coils had hand cranked interrupters, invented by Callan and Antoine Philibert Masson (1837).[13][14][15] The automatic 'hammer' interrupter was invented by Rev. Prof. James William MacGauley (1838) of Dublin, Ireland,[16][17] Johann Philipp Wagner (1839), and Christian Ernst Neeff (1847).[18][19] Hippolyte Fizeau (1853) introduced the use of the quenching capacitor.[20][21] Heinrich Ruhmkorff generated higher voltages by greatly increasing the length of the secondary, in some coils using 5 or 6 miles (10 km) of wire, and produced sparks up to 16 inches. In the early 1850s, American inventor Edward Samuel Ritchie introduced the divided secondary construction to improve insulation.[22][23] Callan's induction coil was named an IEEE Milestone in 2006.[24]
Induction coils were used to provide high voltage for early gas discharge and Crookes tubes and other high voltage research. They were also used to provide entertainment (lighting Geissler tubes, for example) and to drive small "shocking coils", Tesla coils and violet ray devices used in quack medicine. They were used by Hertz to demonstrate the existence of electromagnetic waves, as predicted by James Maxwell and by Lodge and Marconi in the first research into radio waves. Their largest industrial use was probably in early wireless telegraphy spark-gap radio transmitters and to power early cold cathode x-ray tubes from the 1890s to the 1920s, after which they were supplanted in both these applications by AC transformers and vacuum tubes. However their largest use was as the ignition coil or spark coil in the ignition system of internal combustion engines, where they are still used, although the interrupter contacts are now replaced by solid state switches. A smaller version is used to trigger the flash tubes used in cameras and strobe lights.
See also
- Ignition coil
- Trembler coil
- Spark gap transmitter
- Transformer
- Tesla coil
- Faraday's law of induction
- Ignition system
- Inductor
- Magnetic field
- Nicholas Callan
Footnotes
- ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 John Archibald Fleming "Induction Coil". Encyclopaedia Britannica, 11th Ed. 13. (1911). The Encyclopaedia Britannica Co.. 502–505. Consultado em October 13, 2014.
- ↑ {{#invoke:Citação/CS1|citation |CitationClass=book }} p.98
- ↑ 3,0 3,1 Collins, 1908, p. iii
- ↑ 4,0 4,1 4,2 4,3 Collins, 1908, p. 16-19
- ↑ {{#invoke:Citação/CS1|citation |CitationClass=book }} p.98
- ↑ 6,0 6,1 {{#invoke:Citação/CS1|citation |CitationClass=book }} Page 31 describes electrolytic interrupter, but does not identify as Wehnelt interrupter.
- ↑ Faraday, Michael. (1834). "Experimental researches on electricity, 7th series". Phil. Trans. R. Soc. (London) 124: 77–122. DOI:10.1098/rstl.1834.0008.
- ↑ Callan, N. J.. (December 1836). "On a new galvanic battery". Philosophical Magazine 9 (3): 472-478.
- ↑ Callan, N. J. A Description of an Electromagnetic Repeater in {{#invoke:Citação/CS1|citation |CitationClass=book }} and p.522 fig. 52
- ↑ {{#invoke:Citação/CS1|citation |CitationClass=book }}
- ↑ {{#invoke:Citar web|web}}
- ↑ Fleming (1896) The Alternate Current Transformer in Theory and Practice, Vol. 2, p. 10-11
- ↑ Masson, Antoine Philibert. (1837). "Rapport sur plusieurs mémoires, relatifs à un mode particulier d'action des courants électriques (Report on several memoirs regarding a particular mode of action of electric currents)". Comptes rendus 4: 456-460. Paris: Elsevier. On page 458, an interrupter consisting of a toothed wheel is described.
- ↑ Masson, A.. (1837). "De l'induction d'un courant sur lui-même (On the induction of a current in itself)". Annales de Chimie et de Physique 66: 5-36. Paris: Elsevier.
- ↑ Masson, Antoine Philibert; Louis Breguet. (1841). "Mémoire sur l'induction". Annales de chimie et de physique 4 (3): 129-152. Paris: Elsevier. On page 134, Masson describes the toothed wheels that functioned as an interrupter.
- ↑ McGauley, J. W.. (1838). "Electro-magnetic apparatus for the production of electricity of high intensity". Proceedings of the British Association for the Advancement of Science 7: 25. BAAS. presented at meeting of September 1837 in Liverpool, England
- ↑ {{#invoke:Citação/CS1|citation |CitationClass=book }}
- ↑ Neeff, Christian Ernst. (1839). "Ueber einen neuen Magnetelektromotor (On a new electromagnetic motor)". Annalen der Physik und Chemie 46: 104-127.
- ↑ Neeff, C.. (1835). "Das Blitzrad, ein Apparat zu rasch abwechselnden galvanischen Schliessungen und Trennungen (The spark wheel, an apparatus for rapidly alternating closings and openings of galvanic circuits)". Annalen der Physik und Chemie 36: 352-366. Description of Neeff and Wagner's earlier toothed wheel interrupter
- ↑ Fizeau, H.. (1853). "Note sur les machines électriques inductives et sur un moyen facile d'accroître leurs effets (Note on electric induction machines and on an easy way to increase their effects)". Comptes rendus 36: 418-421. Elsevier.
- ↑ {{#invoke:Citar web|web}}
- ↑ American Academy of Arts and Sciences, Proceedings of the American Academy of Arts and Sciences, Vol. XXIII, May 1895 - May 1896, Boston: University Press, John Wilson and Son (1896), pp. 359-360
- ↑ Page, Charles G., History of Induction: The American Claim to the Induction Coil and Its Electrostatic Developments, Washington, D.C.: Intelligencer Printing House (1867), pp. 104-106
- ↑ {{#invoke:Citar web|web}}
Further reading
- Norrie, H. S., "Induction Coils: How to Make, Use, and Repair Them". Norman H. Schneider, 1907, New York. 4th edition.
- {{#invoke:Citação/CS1|citation
|CitationClass=book }}
- {{#invoke:Citação/CS1|citation
|CitationClass=book }} Has detailed history of invention of induction coil
External links
- Battery powered Driver circuit for Induction Coils
- The Cathode Ray Tube site
- Newman, F. H. (1 July 1921), "A New Form of Wehnelt Interrupter", Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical and Physical Character (1905-1934) (Royal Society of London) 99 (699): 324-330, plates 3 and 4, doi:, http://ia600501.us.archive.org/25/items/philtrans03262334/03262334.pdf