• Bobina de indução de Ruhmkorff

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A Bobina de Ruhm­korff também é conhe­cida como bobina de indução e como gerador de faísca. Este equi­pa­mento é um tipo de trans­for­ma­dor elé­trico no qual, a partir de uma cor­rente con­tí­nua de baixa vol­ta­gem, se produz pulsos de alta voltagem.

História

A bobina de indução foi o pri­meiro modelo de trans­for­ma­dor elé­trico desen­vol­vido. Apesar de sua criação ser comu­mente atri­buida a Hein­rich Ruhm­korff, a bobina de indução foi desen­vol­vida, inde­pen­den­te­mente, pelos cien­tis­tas Charles Grafton Page e Nicho­las Callan no ano de 1836. Seu desen­vol­vi­mento e apri­mo­ra­mento ocorreu entre os anos de 1830 e 1860, através das mãos e mentes de diver­sos cientistas.

Hein­rich Ruhm­korff foi um dos muitos cien­tis­tas a apri­mo­rar as bobinas de indução. O pri­meiro modelo da bobina de Ruhm­korff foi paten­te­ado em 1851. Sua melho­ria em relação às bobinas ante­ri­o­res foi o uso de fios muito longos na bobina secun­dá­ria, pro­du­zindo faíscas de apro­xi­ma­da­mente 5cm, com tensões de, apro­xi­ma­da­mente, 5kV. Seu tra­ba­lho lhe rendeu reco­nhe­ci­mento sufi­ci­ente para ser agra­ci­ado com o Prêmio Volta, no ano de 1858, pelos avanços cien­tí­fi­cos extra­or­di­ná­rios rela­ci­o­na­dos à eletricidade.

As bobinas de indução foram extre­ma­mente impor­tan­tes para o desen­vol­vi­mento cien­tí­fico e médico. Estas bobinas foram ampla­mente uti­li­za­das em expe­ri­men­tos que pre­ci­sa­vam de alta tensão, como tubos de des­carga e tubos de raio‑x, e foram impor­tan­tes para a demons­tra­ção da exis­tên­cia de ondas ele­tro­mag­né­ti­cas e para a des­co­berta das ondas de rádio. Estes trans­for­ma­do­res foram pos­te­ri­or­mente subs­ti­tui­dos por trans­for­ma­do­res de cor­rente alter­nada, mas as bobinas de indução ainda são uti­li­zada nos motores de com­bus­tão interna para gerar a faísca que causa a ignição do combustível.

Funcionamento

A bobina de Ruhm­korff é com­posta por um inter­rup­tor mag­né­tico, duas bobinas que envol­vem um mesmo núcleo fer­ro­mag­né­tico e um capa­ci­tor. A bobina pri­má­ria, onde é apli­cada a cor­rente de entrada, possui poucas voltas; já a bobina secun­dá­ria é com­posta por muitas voltas. Para o enten­di­mento deste equi­pa­mento é neces­sá­rio ana­li­sar a função dos seus com­pon­ten­tes e a forma como estes estão conectados.

Nesta imagem, reti­rada da wiki­pe­dia, está uma repre­sen­ta­ção esque­má­tica da Bobina de Ruhm­korff. Os com­po­nen­tes pre­sen­tes na imagem são os seguintes:

  • A: parte fer­ro­mag­né­tica do interruptor;
  • B: fonte de alimentação;
  • C: capa­ci­tor;
  • G: ele­tro­dos de saída da bobina secundária;
  • K: contato do interruptor;
  • P: bobina primária;
  • S: bobina secundária. 

Quando apli­ca­mos uma pequena tensão elé­trica na bobina pri­má­ria, criamos uma cor­rente elé­trica que, por sua vez, cria um campo mag­né­tico, como des­crito pela Lei de Biot-Savart. O campo mag­né­tico é ampli­fi­cado pelo núcleo de ferro que puxa e des­co­necta o inter­rup­tor, redu­zindo rapi­da­mente cor­rente na bobina pri­má­ria e cau­sando uma alte­ra­ção brusca no campo mag­né­tico gerado. Com a queda do campo mag­né­tico no núcleo de ferro, o inter­rup­tor volta a se conec­tar e o pro­cesso se repete con­ti­nu­a­mente. O capa­ci­tor não é neces­sá­rio para o fun­ci­o­na­mento do cir­cuito, mas melhora muito o seu efeito pois faz com que a cor­rente na bobina pri­má­ria oscile quando o inter­rup­tor é des­co­nec­tado, aumen­tando ainda mais o efeito da vari­a­ção de corrente.

A bobina secun­dá­ria percebe a vari­a­ção de fluxo mag­né­tico, gerando uma força ele­tro­mo­triz indu­zida, segundo a Lei de Faraday. Como a vari­a­ção do campo é muito rápida e esta bobina possui muitas voltas, isso é sufi­ci­ente para criar uma alta dife­rença de poten­cial entre os ele­tro­dos, da ordem de qui­lo­volts (kV). Este pro­cesso permite a geração de uma tensão grande o sufi­ci­ente para romper a rigidez die­lé­trica do ar entre os ele­tro­dos e pro­mo­ver uma faísca.

O Centro de Refe­rên­cia para o Ensino de Física (CREF) possui dois artigos que res­pon­dem a ques­ti­o­na­men­tos inte­res­san­tes e rele­van­tes para o tema das bobinas de indução. O pri­meiro discute o que acon­tece quando inter­rom­pe­mos um cir­cuito que contém uma bobina. O segundo versa sobre os efeitos da vari­a­ção de fluxo mag­né­tico em uma bobina e algumas pos­sí­veis apli­ca­ções destes efeitos.

Pes­quisa: Gabriel Cury Perrone; Físico UFRGS / Julho 2019 e Lara Elena Sobreira Gomes; Física UFRGS / Julho 2019 

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