Inductancia

Inductancia

Llamaremos inductancia al campo magnético que crea una corriente eléctrica al pasar a través de una bobina de hilo conductor enrrollado alrededor de la misma que conforma un inductor. Un inductor puede utilizarse para diferenciar señales cambiantes rápidas o lentas. Al utilizar un inductor con un condensador, la tensión del inductor alcanza su valor máximo a una frecuencia dependente de la capacitancia y de la inductancia.

En un Inductor o bobina, se denomina inductancia, L, a la relación entre la cantidad de flujo magnético, que lo atraviesa y la corriente, I, que circula por ella:

De acuerdo con el Sistema Internacional de Medidas, si el flujo se expresa en webers y la intensidad en amperios, el valor de la inductancia vendrá en henrios (H).

El término "inductancia" fue empleado por primera vez por Oliver Heaviside en febrero de 1886, mientras que el símbolo L se utiliza en honor al físico Heinrich Lenz.

La inductancia depende de las características fisicas del conductor y de la longitud del mismo. Si se enrolla un conductor, la inductancia aumenta. Con muchas espiras (vueltas) se tendrá más inductancia que con pocas.

Si a esto añadimos un núcleo de ferrita, aumentaremos considerablemente la inductancia.

La energía almacenada en el campo magnético de un inductor se calcula según la siguiente formula:

W = I² L/2 ...

siendo:

W = energía (julios)

I = corriente (amperios)

L = inductancia (henrios).

El Cálculo de la inductancia: La inductancia de una bobina con una sola capa bobinada al aire puede ser calculada aproximadamente con la fórmula simplificada siguiente:

L (microH)=d².n²/18d+40 l

siendo:

L= inductancia (microhenrios);

d = diámetro de la bobina (pulgadas);

l= longitud de la bobina (pulgadas);

n=número de espiras o vueltas.

Como ya se ha dicho, la unidad para la inductancia es el HENRIO.

En una bobina habrá un henrio de inductancia cuando el cambio de 1 amperio/segundo en la corriente eléctrica que fluye a través de ella provoque una fuerza electromotriz opuesta de 1 voltio.

Un transformador o dos circuitos magnéticamente acoplados tendrán inductancia mutua equivalente a un HENRIO cuando un cambio de 1 amperio/segundo en la corriente del circuíto primario induce tensión equivalente a 1 voltio en el circuito secundario.

Valor de la inductancia

El valor de la inductancia viene determinado exclusivamente por las características de la bobina y por la permeabilidad magnética del espacio donde se encuentra. Así, para un solenoide, la inductancia, de acuerdo con las ecuaciones de Maxwell, viene determinada por:

Donde

μ = es la permeabilidad absoluta del núcleo,

N =es el número de espiras,

A =es el area de la sección transversal del bobinado

l = la longitud de las líneas de flujo.

El cálculo de 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 que circule por la misma. En este caso, la determinación de l se realiza a partir de las curvas de imantación.

Energía almacenada

Figura 1. Circuito con inductancia.

La bobina ideal es un elemento pasivo que almacena energía eléctrica en forma de campo magnético cuando aumenta la intensidad, devolviéndola cuando la corriente disminuye. Su ecuación de definición es (figura 1):

Matemáticamente se puede demostrar que la energía, , almacenada por una bobina con inductacia L que es recorrida por una corriente I, viene dada por:

Autoinductancia

Si una bobina / inductor es atravesado por una corriente, este producirá un campo magnético a su alrededor.

Si esta corriente se suspende abruptamente (con un interruptor), el campo magnético desaparece. A los inductores no les agrada los cambios bruscos de corriente, intentará mantenerla e inducirá una tensión entre sus terminales de polaridad opuesta a la que tenía antes del corte de corriente.

Esta tensión será mas grande cuanto mas rápido sea el corte de corriente.

Consideramos una bobina o solenoide, de N vueltas, largo l y radio a (el largo l>> a). Determinaremos el coeficiente de autoinducción L de esta bobina. Recurriremos a la definición, calculando el flujo enlazado por la bonina, debido a su propio campo magnético. El flujo tiene el valor

en que es el campo magnético el el interior de la bobina, y

.

Entonces

de donde obtenemos

Inductancia Mutua

Los efectos electromagnéticos producidos entre dos circuitos que se encuentren próximos, esto es, cuando los respectivos campos magnéticos de los mismos se influencien entre sí, han sido incluidos bajo la denominación de inductancia mutua o inducción mutua. Estos fenómenos son de gran aplicación en electrónica, radio y TV. Donde los transformadores de corriente eléctrica representan un ejemplo típico de la inducción mutua entre dos circuitos.

Para poder interpretar mejor el efecto de inducción mutua, recurramos a la figura 1 siguiente, donde se representa un inductor L1, alimentado por una corriente alterna y otro inductor L2 al que vamos a considerar se encuentra próximo al primero, de modo que sea influenciado por el campo magnético de aquel.

Evidentemente, al cerrar el circuito sobre L1, circulará por este bobinado una corriente alterna, que a su vez, dará origen a un campo magnético variable. Como L2 está próximo, este campo magnético ejercerá su acción sobre el mismo, creando sobre L2 una f.e.m. de autoinducción.

La tensión presente sobre L2, originará una circulación de corriente que será acusada por el galvanómetro intercalado. Por lo tanto, L2, a su vez, originará un nuevo campo magnético debido a la f.e.m. inducida, y este nuevo campo magnético afectará también a L1, que fue el que le dio origen.

De resultas de ello se verán, pues, afectadas las respectivas autoinducciones de L1 y L2 en sus valores propios. Cuanto más próximos se encuentren entre sí ambos bobinados, mayor será el efecto mutuo provocado.

Fig. 1 - Inducción mútua entre dos bobinas acopladas magnéticamente .

Definimos al Henrio o Henry como la unidad de inductancia, diciendo que se tenía una inductancia de 1 Henrio cuando una bobina recorrida por una corriente que variaba a razón de 1 Amperio por segundo, era capaz de generar una f.e.m. de autoinducción

...