Inductancia: Introducción

INDUCTANCIA Introducción: Es posi posibl ble e demo demost stra rarr que que el paso paso de la corr corrie ient nte e por por un cond conduc ucto torr va acom acompa paña ñado do de efec efecto tos s magn magnét étic icos os (est (esto o se vio vio en teor teoría ía de camp campos os y también en radiación I, con la famosa ley de Biot-Savart) es decir, la corriente crea un campo magnético.

Bobina o Inductor: Debido a que el campo magnético alrededor de un conductor recto es muy débil, débil, para para aprov aprovech echar ar la energ energía ía de dicho dicho camp campo o magné magnétic tico o se enrol enrolla la al alambre conductor y de esta forma se obtiene lo que se conoce como inductor bobina. o bobina.

Una bobina o ind inductor se fabric rica arrollando (en forma de espiral) un hilo conductor sobre un núcleo de material ferromagnético o aire. Cada unidad de enrollamiento se conoce como como espiras espiras entonces entonces una bobina está hech hecha a por por un conj conjun unto to de espi espira ras s de cable.. cable Ade Además el cam campo magné agnéti tic co de la bobina y su respectivo flujo magnético circulará por el centro de ésta (criterio de la mano derecha)

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Tipos de Bobin B obinas as:

Con núcleo de aire.- El conductor se arrolla sobre un soporte hueco y poster posteriorm iorment ente e se retira retira este este queda quedando ndo con un aspec aspecto to pareci parecido do al de un muelle. Se utiliza en frecuencias elevadas. Una variable de la bobina anterior se denomina solenoide y difiere en el aislamiento de las espiras y la presencia

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de un soporte que no necesariamente tiene que ser cilíndrico. Se utiliza cuando se precisan muchas espiras. Estas bobinas pueden tener tomas intermedias, en este caso se pueden considerar como 2 o más bobinas arrolladas sobre un mismo soporte y conectadas en serie. Igualmente se utilizan para frecuencias elevadas.

Con núcleo núcleo sólido sólido..- Posee Poseen n valore valores s de induct inductanc ancia ia más más altos altos que que los anteriores anteriores debido debido a su nivel elevado de permeabilida permeabilidad d magnética. magnética. El núcleo núcleo suele ser de un material ferromagnético. Los más usados son la ferrita y el ferroxcube. Cuando se manejan potencias considerables y las frecuencias que se dese desean an elim elimin inar ar son son baja bajas s se util utiliz izan an núcl núcleo eos s pare pareci cido dos s a los los de los los tra transfo nsform rmad ador ores es (en (en fuen fuente tes s de alim limenta entaci ció ón sobre obre tod todo). o). Así nos encontraremos con las configuraciones propias de estos últimos. Las secciones de los núcleos pueden pueden tener forma de EI, M, UI y L.

Bobina de ferrita

Bobina de ferrita de nido de abeja





Conceptos físicos importantes: Para explicar lo que sucede en una bobina, tenemos que recordar dos leyes fundamentales del electromagnetismo: electromagnetismo: Ley de Lenz: "Cuando varía el flujo magnético que atraviesa una bobina, esta reacciona de tal manera que se opone a la causa que produjo la variación (generando un flujo contrario)" Es decir, si el flujo aumenta, la bobina lo disminuirá; si disminuye lo aumentará. Para conseguir conseguir estos efectos, efectos, tendrá que generar generar corrientes corrientes que, a su vez, creen flujo que se oponga a la variación. Se dice que en la bobina ha aparecido una CORRIENTE INDUCIDA, y, por lo tanto, UNA FUERZA ELECTROMOTRIZ ELECTROMOTRIZ INDUCIDA. Si le acercamos un imán, parte del flujo de éste atravesará la propia bobina, por lo que el flujo de la bobina pasará de ser nulo a tener un valor. La bobina reaccionará intentando anular este aumento de flujo y ¿cómo lo hará?: Lo hará creando una corriente I en el sentido indicado en la figura, porque de esa manera, esta corriente creará un flujo contrario oponiéndose al aumento impuesto desde el exterior. Una vez transcurrido cierto tiempo, la bobina se ha amoldado a las nuevas condiciones y el flujo que la atraviesa será el que le impone el imán. Al amoldarse dejará de crear la corriente indicada, que pasará de nuevo a ser cero.





está vez de signo contrario al anterior, para producir un flujo que se oponga a la disminución. Ley de Faraday: La Ley de Lenz solamente habla de la forma en que se comporta la bobina pero no dice nada acerca de la magnitud de la corriente o de la fuerza electromotriz inducida. Faraday llegó a la conclusión que ésta (la fuerza electromotriz E ) vale:

= LI

Donde: el signo menos indica que se opone a la causa que lo origina (Ley de Lenz), Lenz), por eso también también se la suele suele denominar denominar fuerza contraelectro contraelectromotri motriz, z, en conclusión, fuerza electromotriz inducida=fuerza contraelectromotriz. Es decir un cambio en la corriente a través de un bobina dará como resultado un cambio en el campo magnético y, por lo mismo, un cambio en el flujo que está atravesando el circuito. Esto, a su vez, dará lugar a la generación de una fuerza electromotriz autoinducida de acuerdo con la Ley de Faraday. Faraday. La fuerza electromotriz originará una corriente eléctrica que se opondrá al cambio inicial de intensidad (corriente inducida). En otras otras palabr palabras, as, la fuerza fuerza ele electr ctrom omotr otriz iz induci inducida da se com compor porta ta como como un gene ge nera rado dorr de te tens nsió ión, n, el cual cual da lu luga garr a la circ circul ulac ació ión n de un una a co corr rrie ient nte e eléctrica. Si en lug lugar ar de co consi nsider derar ar a la fue fuerza rza ele electr ctromo omotri triz z ind induci ucida da des deseár eáram amos os expresar la caída de tensión que se produce sobre una bobina solo hay que





Si por el circuito de la figura fluye fl uye una corriente I (t ), ), entonces la Fem. total es:

Luego:

En conclusión:

La ley ley de Faraday conocida también como la ley de la inducción electromagnética es el principio sobre el que se basa el funcionamiento del generador eléctrico, el transformador y muchos otros dispositivos. En conclusión: “ La La Fuerza electromotriz electromotriz inducida se se origina por una variación I que da como resultado una variación del campo de la intensidad de corriente I que magnético y, por lo mismo, un cambio en el flujo que está atravesando el circuito. De acuerdo con la Ley de Faraday, un cambio del flujo, origina una fuerza electromotriz inducida. Esta fuerza electromotriz, de acuerdo con la Ley de Lenz, se opondrá a la causa que lo origina, esto es, la variación de la





Inductancia: Cuando una corriente atraviesa una espira de una bobina, sobre ésta aparece un flujo, flujo que se transmitirá a las otras espiras de la bobina (por estar juntas) induciendo en ellas una corriente que se opondrá a la causa que lo produjo.

De la misma manera, si, pasado un cierto tiempo, se ha conseguido establecer una una corri corrien ente te a travé través s de una una bobi bobina na,, cuan cuando do se desc descon onec ecte te aqué aquéll lla a (la corriente), cada espira, ante la disminución de flujo producida por el cese de la corriente, reaccionará creando una Fem. inducida que intentará mantener el flujo inicial. De aquí que, debido a la interacción de unas espiras sobre otras, la bobina presenta una cierta inercia a cambiar su estado de flujo. A esta inercia, que depende de la construcción construcción de la bobina, se le denomina INDUCTANCIA INDUCTANCIA y se representa por la letra L.

= LI Es decir la inductancia mide el valor de oposición de un elemento conductor (H). El valor (una bobina) al paso de la corriente y se miden en Henrios (H). depende de: -

El número de espiras que tenga la bobina (a más más vuel vuelta tas s mayo mayor r inductancia). inductancia). El diáme diámetro tro de las espi espira ras s (a mayo mayorr diám diámet etro ro,, mayo mayorr indu induct ctan anci cia, a, o sea sea mayor valor en Henrios). Henrios). material de que esta hecho el núcleo, núcleo, si es que lo tiene. El tipo de material







También podemos decir que la Inductancia es la propiedad de un circ circui uito to o elem elemen ento to de un circuito para retardar el cambio en la corriente que pasa por él. El retardo está acompañado por absorción o liberación de energía y se asocia con el cambio en la magnitud del campo magnético que rodea los conductores.

En cualqu cualquier ier circui circuito, to, todo todo flujo flujo magnét magnético ico,, alrededor de los conductores que transportan la corrie corriente nte,, pasa pasa en la misma misma direcc dirección ión a través de la ventana formada por el circuito. Cuando el interruptor de un circuito eléctrico se cier cierra ra,, el aume aument nto o de corr corrie ient nte e en el circ circui uito to prod produc uce e un aume aument nto o del del fluj flujo. o. El cam cambio bio del del fluj flujo o gene genera ra un volt voltaj aje e en el circuito que se opone al cambio de corriente.

Esta acción de oposición es una manifestación de la ley de Lenz en la que: cual cualqu quie ierr volt voltaj aje e magn magnét étic ico o indu induci cido do se gene genera rará rá siem siempr pre e en una una dirección tal, que se opone a la acción que lo causa. La inductancia se simboliza con la letra L y se mide en henrios (H) y su representación gráfica es por medio de un hilo enrollado, algo que recuerda que la inductancia se debe a un conductor ligado a un campo magnético. La fuente del campo magnético es la carga en movimiento, o corriente. Si la corriente varía con el tiempo, también el campo magnético varía con el tiempo. Un campo que varía con el tiempo induce a un voltaje en cualquier conductor presente en el campo. El parámetro de circuito de la inductancia relaciona el voltaje inducido con la corriente.





tanto la dirección de la tensión inducida dependerá de si la corriente está aumentando o disminuyendo. Por otro lado, la inductancia se puede definir como la relación que hay entre el flujo magnético y la corriente que que fluye a través de de una bobina:

El flujo que aparece en esta definición es el flujo producido por la corriente I exclusivamente. No deben incluirse flujos producidos por otras corrientes ni por imanes situados cerca ni por ondas electromagnéticas. Cualquier conductor tiene inductancia, incluso cuando el conductor no forma una bobina. La inductancia de una pequeña longitud de hilo recto es pequeña, pero no despreciable si la corriente a través de él cambia rápidamente, la tensión inducida puede ser apreciable. Este puede ser el caso de incluso unas pocas pulgadas de hilo cuando circula una corriente de 100 MHz o más. Sin embargo, a frecuencias mucho mas bajas la inductancia del mismo hilo puede ser despreciable, ya que le tensión inducida será despreciablemente pequeña.

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Energía almacenada en una bobina: bobina :

La bobina bobina ideal ideal es un elemento pasivo que almacena energía eléctrica en form forma a de campo campo magnétic magnético o cuando cuando aument aumenta a la intens intensida idad, d, devolv devolvién iéndol dola a cuando la corriente disminuye. Para establecer el flujo alrededor de un conductor con corriente, la fuente suministra energía eléctrica. Toda Toda esta energía se almacena en el campo como energía magnética; nada se consume. Cuando la corriente se disminuye, el flujo flujo que circu circunda nda los alrede alrededor dores es se dismin disminuye uye,, hacien haciendo do que que la energ energía ía acumulada se libere.





En otras palabras, la polaridad de una Fem. inducida va siempre en el sentido de oponerse a cualquier cualquier cambio en la corriente del circuito. circuito. Esto significa significa que cuando la corriente en el circuito aumenta, se realiza trabajo sobre la Fem. inducida almacenando energía en el campo magnético. Si la corriente en el circuito tiende a descender, la energía almacenada en el campo vuelve al circuito, y por tanto se suma a la energía suministrada por la fuente de FEM. Esto Esto tiend tiende e a mant manten ener er a la corr corrie ient nte e circ circul ulan ando do incl inclus uso o cuan cuando do la FEM FEM aplicada pueda descender o ser retirada.

Cualquier ier conduc conductor tor tiene tiene induct inductanc ancia, ia, inclus incluso o cuando cuando el Por ultimo ultimo,, Cualqu conductor no forma una bobina. La inductancia de una pequeña longitud de hilo recto es pequeña, pero no despreciable si la corriente a través de él cambia rápidamente, la tensión inducida puede ser apreciable. Este puede ser el caso de incluso unas pocas pulgadas de hilo cuando circula una, corriente de 100 MHz o más. Sin embargo, a frecuencias mucho mas bajas la inductancia del del mism mismo o hilo hilo pued puede e ser ser desp despre reci ciab able le,, ya que que la tens tensió ión n indu induci cida da será será despreciablemente pequeña.

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Inductancia Inductan cia en una bobina con co n núcleo de d e aire :

Hay ocasiones en que se tiene una bobina o inductor con núcleo de aire y no conoce su valor (en henrios). Existe un método para obtener este valor si se tienen las medidas externas de la bobina:





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Inductancia Inductan cia en un solenoide sol enoide :

El valo valorr de la indu induct ctan anci cia a vien viene e determ determina inado do exclus exclusiva ivame mente nte por las características geométricas de la bobina y por la permeabilidad magnética del espac espacio io donde donde se encuentra.

Así, para un solenoide, solenoide, la inductancia, de acuerdo con las ecuacione ecuaciones s de Maxwell, Maxwell, viene determinada por:

Donde: μ es la permeabil permeabilidad idad absoluta absoluta del del núcl núcleo eo (el (el prod produc ucto to entr entre e la permeabilidad del aire y la permeabilidad relativa del material) N es N es el número l la longitud de de espiras, A espiras, A es el área de la sección transversal del bobinado y l la las líneas de flujo. flujo. El cálculo de l es l es bastante complicado a no ser que la bobina sea toroidal y aún así, resulta difícil si el núcleo presenta distintas permeabilidades en función de la intensidad intensidad que circule por la misma. misma. En este caso, la determina determinación ción de l se l se realiza a partir de las curvas de imantación. Nota: El solenoide es un caso particular de una bobina. Una bobina es un compon component ente e pasivo pasivo que que almace almacena na energí energía a en forma forma de campo campo magné magnétic tico. o. El solenoide es la bobina que tiene forma de cilindro , es la más común. Tambi ambién én hay hay indu induct ctor ores es con con otra otra form forma, a, toro toroid ides es,, bobi bobina nas s de secc secció ión n rectangular, rectangular, etc.

Inductancia: Introducción

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