Campos magnéticos e inductancia

Siempre que los electrones fluyan a través de un conductor, se desarrollará un campo magnético alrededor de ese conductor. Este efecto se llama electromagnetismo .

Los campos magnéticos afectan la alineación de los electrones en un átomo y pueden hacer que se desarrolle una fuerza física entre los átomos a través del espacio, al igual que los campos eléctricos que desarrollan fuerza entre las partículas cargadas eléctricamente. Como los campos eléctricos, los campos magnéticos pueden ocupar un espacio completamente vacío y afectar la materia a distancia.

Fuerza de campo y flujo de campo

Los campos tienen dos medidas:un campo fuerza y un campo flux . El campo fuerza es la cantidad de "empuje" que ejerce un campo sobre una cierta distancia. El campo flux es la cantidad total, o efecto, del campo a través del espacio. La fuerza de campo y el flujo son aproximadamente análogos al voltaje ("empuje") y la corriente (flujo) a través de un conductor, respectivamente, aunque el flujo de campo puede existir en un espacio totalmente vacío (sin el movimiento de partículas como los electrones) mientras que la corriente solo puede tener lugar donde hay electrones libres para moverse.

El flujo de campo puede oponerse en el espacio, así como la resistencia puede oponerse al flujo de electrones. La cantidad de flujo de campo que se desarrollará en el espacio es proporcional a la cantidad de fuerza de campo aplicada, dividida por la cantidad de oposición al flujo. Así como el tipo de material conductor dicta la resistencia específica del conductor a la corriente eléctrica, el tipo de material que ocupa el espacio a través del cual se imprime una fuerza de campo magnético dicta la oposición específica al flujo del campo magnético.

Mientras que un flujo de campo eléctrico entre dos conductores permite la acumulación de carga de electrones libres dentro de esos conductores, un flujo de campo magnético permite que se acumule una cierta "inercia" en el flujo de electrones a través del conductor que produce el campo.

Campos magnéticos más fuertes con inductores

Inductores son componentes diseñados para aprovechar este fenómeno dando forma a la longitud del cable conductor en forma de bobina. Esta forma crea un campo magnético más fuerte que el que produciría un cable recto. Algunos inductores se forman con alambre enrollado en una bobina autoportante.

Otros envuelven el alambre alrededor de un material de núcleo sólido de algún tipo. A veces, el núcleo de un inductor será recto y otras veces estará unido en un bucle (cuadrado, rectangular o circular) para contener completamente el flujo magnético. Todas estas opciones de diseño tienen un efecto sobre el rendimiento y las características de los inductores.

El símbolo esquemático de un inductor, como el condensador, es bastante simple, siendo poco más que un símbolo de bobina que representa el cable enrollado. Aunque una forma de bobina simple es el símbolo genérico de cualquier inductor, los inductores con núcleos a veces se distinguen por la adición de líneas paralelas al eje de la bobina. Una versión más nueva del símbolo del inductor prescinde de la forma de la bobina a favor de varias "jorobas" seguidas:

Como la corriente eléctrica produce un campo magnético concentrado alrededor de la bobina, este flujo de campo equivale a un almacenamiento de energía que representa el movimiento cinético de los electrones a través de la bobina. Cuanta más corriente haya en la bobina, más fuerte será el campo magnético y más energía almacenará el inductor.

Debido a que los inductores almacenan la energía cinética de los electrones en movimiento en forma de campo magnético, se comportan de manera bastante diferente a las resistencias (que simplemente disipan energía en forma de calor) en un circuito. El almacenamiento de energía en un inductor es función de la cantidad de corriente que lo atraviesa.

La capacidad de un inductor para almacenar energía en función de la corriente da como resultado una tendencia a tratar de mantener la corriente a un nivel constante. En otras palabras, los inductores tienden a resistir cambios en corriente. Cuando la corriente a través de un inductor aumenta o disminuye, el inductor "resiste" el cambio produciendo un voltaje entre sus conductores en polaridad opuesta al cambio .

Para almacenar más energía en un inductor, se debe aumentar la corriente que lo atraviesa. Esto significa que su campo magnético debe aumentar en fuerza y ​​que el cambio en la fuerza del campo produce el voltaje correspondiente según el principio de autoinducción electromagnética.

Por el contrario, para liberar energía de un inductor, se debe disminuir la corriente que lo atraviesa. Esto significa que el campo magnético del inductor debe disminuir en fuerza, y ese cambio en la fuerza del campo autoinduce una caída de voltaje de la polaridad opuesta.

Hipotéticamente, un inductor que se deja en cortocircuito mantendrá una tasa de corriente constante a través de él sin asistencia externa:

Sin embargo, en términos prácticos, la capacidad de un inductor de sostener la corriente por sí solo se realiza solo con un cable superconductor, ya que la resistencia del cable en cualquier inductor normal es suficiente para provocar que la corriente decaiga muy rápidamente sin una fuente de alimentación externa.

Cuando aumenta la corriente a través de un inductor, cae un voltaje opuesto a la dirección del flujo de corriente, actuando como una carga de potencia. En esta condición, se dice que el inductor está cargando , porque hay una cantidad cada vez mayor de energía almacenada en su campo magnético. Tenga en cuenta la polaridad del voltaje con respecto a la dirección de la corriente:

Por el contrario, cuando la corriente a través del inductor disminuye, cae un voltaje que ayuda a la dirección del flujo de corriente, actuando como una fuente de energía. En esta condición, se dice que el inductor está descargándose , porque su almacenamiento de energía está disminuyendo a medida que libera energía de su campo magnético al resto del circuito. Tenga en cuenta la polaridad del voltaje con respecto a la dirección de la corriente.

Si una fuente de energía eléctrica se aplica repentinamente a un inductor no magnetizado, el inductor inicialmente resistirá el flujo de corriente al dejar caer todo el voltaje de la fuente. A medida que la corriente comience a aumentar, se creará un campo magnético cada vez más fuerte, que absorberá la energía de la fuente. Finalmente, la corriente alcanza un nivel máximo y deja de aumentar. En este punto, el inductor deja de absorber energía de la fuente y está dejando caer un voltaje mínimo a través de sus cables, mientras que la corriente permanece en un nivel máximo.

A medida que un inductor almacena más energía, su nivel de corriente aumenta, mientras que su caída de voltaje disminuye. Tenga en cuenta que esto es precisamente lo opuesto al comportamiento del condensador, donde el almacenamiento de energía da como resultado un aumento de voltaje en el componente. Mientras que los capacitores almacenan su carga de energía al mantener un voltaje estático, los inductores mantienen su "carga" de energía al mantener una corriente constante a través de la bobina.

El tipo de material alrededor del cual se enrolla el alambre impacta en gran medida la fuerza del flujo del campo magnético (y por lo tanto la cantidad de energía almacenada) generada para cualquier cantidad dada de corriente a través de la bobina. Los núcleos de bobinas hechos de materiales ferromagnéticos (como el hierro dulce) estimularán el desarrollo de flujos de campo más fuertes con una fuerza de campo determinada que las sustancias no magnéticas como el aluminio o el aire.

¿Qué es la inductancia?

La medida de la capacidad de un inductor para almacenar energía para una cantidad determinada de flujo de corriente se llama inductancia . No es sorprendente que la inductancia también sea una medida de la intensidad de la oposición a los cambios en la corriente (exactamente cuánto voltaje autoinducido se producirá para una tasa de cambio de corriente determinada). La inductancia se denota simbólicamente con una "L" mayúscula y se mide en la unidad de Henry, abreviada como "H"

Choke vs. Inductor

Un nombre obsoleto para un inductor es choke , así llamado por su uso común para bloquear ("estrangular") señales de CA de alta frecuencia en circuitos de radio. Otro nombre para un inductor, que todavía se usa en los tiempos modernos, es reactor , especialmente cuando se utiliza en aplicaciones de gran potencia. Ambos nombres tendrán más sentido después de haber estudiado la teoría del circuito de corriente alterna (CA) y, especialmente, un principio conocido como reactancia inductiva .

REVISAR:

• Los inductores reaccionan contra cambios en la corriente disminuyendo el voltaje en la polaridad necesaria para oponerse al cambio.
• Cuando un inductor se enfrenta a una corriente en aumento, actúa como una carga:crea voltaje a medida que absorbe energía (positivo en el lado de entrada de corriente y negativo en el lado de salida de corriente, como una resistencia).
• Cuando un inductor se enfrenta a una corriente decreciente, actúa como una fuente:crea voltaje a medida que libera energía almacenada (negativo en el lado de entrada de corriente y positivo en el lado de salida de corriente, como una batería).
• La capacidad de un inductor para almacenar energía en forma de campo magnético (y, en consecuencia, oponerse a los cambios en la corriente) se denomina inductancia . Se mide en la unidad de Henry (H).
• Los inductores solían ser conocidos comúnmente por otro término: estrangulamiento . En aplicaciones de alta potencia, a veces se les denomina reactores .

HOJAS DE TRABAJO RELACIONADAS:

• Hoja de trabajo de inductancia