Cálculo de Inductancia en Bobinas: Conceptos y Ejercicios
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Para calcular la inductancia en una bobina:
Las bobinas tienen la propiedad de almacenar energía en forma de campo magnético y la magnitud de esta energía está dada por:
Cuando la intensidad es variable, existe una oposición a esta variación que se asocia a la ley de Biot-Savart, la cual indica que:
El flujo magnético se debe a una variación en la corriente eléctrica. Estas variaciones se conocen como ley de Faraday.
El signo (-) corresponde a la ley de Lenz, la cual indica que la fuerza electromotriz (FEM) de autoinducción se opone a la causa que la produce. Además:
Permeabilidad magnética:
- B = Inducción Magnética
- H = Excitación Magnética
Efecto Motor y Efecto Generador
Cuando en un campo magnético existe un conductor por el cual circula una corriente eléctrica, aparece sobre el conductor una fuerza, la cual tiene que anular el efecto del campo magnético que produce la corriente. Este efecto se conoce como efecto motor.
En forma análoga, cuando un conductor eléctrico se desplaza dentro de un campo magnético, se induce en el conductor una FEM (tensión) que hace circular la corriente eléctrica en el conductor, la cual produce un campo magnético opuesto. Este efecto se conoce como efecto generador.
Efecto de Autoinducción
Cuando por un conductor eléctrico de una bobina circula una corriente eléctrica, se genera en el núcleo un flujo magnético, el cual es proporcional al valor de la inductancia de la bobina y la magnitud de la corriente eléctrica. Este fenómeno se conoce como la ley de Biot-Savart.
El Transformador
El transformador es una máquina electromagnética estática, la cual funciona en base a la ley de Faraday. Esta máquina es capaz de transferir energía eléctrica desde una bobina a otra, sin que exista conexión entre ellas. La energía transmitida será mayor mientras mayor sea la interacción magnética.
Ejercicios
Ejercicio 1
Determinar la inductancia de una bobina que tiene 3000 espiras, está en el vacío, su largo es 3 cm y el diámetro de ella es de 10 cm.
Ejercicio 2
Determinar la variación porcentual que experimenta una bobina que está en el vacío, la cual inicialmente tiene un diámetro de 2,5 cm y un largo de 3,3 cm, y después pasa a tener un largo igual a 3 cm y una sección transversal circular de diámetro 20 cm.
Ley de Ohm en Corriente Alterna (C.A.)
En corriente alterna sinusoidal, la tensión y la intensidad de corriente son funciones sinusoidales, las cuales se denotan mediante un punto sobre la letra de la variable. En la electricidad se denominan fasores. Al término 2πf = 2π/T se llama frecuencia angular (W), y se mide normalmente en radianes por segundo. Con esto:
XL = WL y XC = (WC)-1 = 1/WC
En los circuitos se acostumbra a dibujar diagramas fasoriales, los cuales permiten representar en forma gráfica un circuito eléctrico. Los fasores pueden describirse en forma simple como vectores que giran en torno al origen con una frecuencia angular W.