Compreendendo as bobinas toroidais:design, física e aplicações

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Por Kim Lewis
Atualizado em 24 de março de 2022

Um solenóide é um eletroímã feito enrolando um fio condutor em uma bobina helicoidal que transporta corrente elétrica. O campo magnético resultante pode ser intensificado pela inserção de um núcleo ferromagnético como o ferro. Quando o solenóide é remodelado em um circuito fechado, a estrutura é chamada de toróide – uma bobina em forma de rosca que concentra seu campo em seu interior.

Características do campo

Um toróide confina seu fluxo magnético inteiramente dentro do núcleo. O campo interno segue círculos concêntricos, enquanto o campo externo é efetivamente zero, reduzindo a interferência com circuitos próximos. A intensidade do campo é proporcional ao número de voltas e inversamente relacionada à distância radial:o fluxo é mais forte próximo ao raio interno e diminui em direção à borda externa.

Física Básica

Os toróides servem como indutores, explorando a Lei da Indução de Faraday, descoberta por Michael Faraday em 1831. Uma corrente variável induz uma tensão em bobinas adjacentes, e a autoindutância de um toróide resiste a mudanças na sua própria corrente. A magnitude desta autoindutância depende das espiras da bobina, do material do núcleo e da fonte CA aplicada.

Transformadores Toroidais

Ao enrolar duas ou mais bobinas toroidais em torno de um núcleo comum de ferrite ou aço silício, os fabricantes criam transformadores toroidais. Esses dispositivos são excelentes em aplicações de RF, onde aumentam ou diminuem a tensão, isolam seções de um circuito e realizam correspondência de impedância para conectar componentes com impedâncias diferentes.

Prós e Contras

Embora o enrolamento de um toróide possa ser mais trabalhoso do que um solenóide reto, os benefícios são substanciais:são necessárias menos voltas para uma determinada indutância, permitindo projetos compactos e de alta eficiência. O campo magnético fechado também evita acoplamentos indutivos parasitas, tornando os toróides ideais para conjuntos eletrônicos densamente compactados.

Aplicativos

As bobinas toroidais são onipresentes em toda a tecnologia moderna:desde telecomunicações e imagens médicas até amplificação de áudio e reatores de LED. Na pesquisa de fusão, os tokamaks empregam campos magnéticos toroidais para confinar plasma de alta temperatura, permitindo experimentos controlados de fusão nuclear.