Inductancia, Reactancia Y Capacitancia

Transcript

INDUCTANCIA, REACTANCIA Y CAPACITANCIA Inductancia Medida de la oposición a un cambio de corriente de un inductor o bobina (solenoide) que almacena energía en presencia de un campo magnético, y se define como la relación entre el flujo magnético ( de corriente eléctrica que circula por la bobina (I) y el número de vueltas del devanado ()! INDUCTOR CON NUCLEO DE FERRITA (HIERRO) ) y la intensidad INDUCTOR NUCLEO DE AIRE MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA Inductancia Imagine un circuito cerrado formado por un interruptor una fuente de fem (!) " una re#i#tencia como e$ de $a %gura &' Cuando #e cierra e$ interruptor $a magnitud de corriente I ue dicta $a $e" de om I * ! + R no #e e#ta,$ece de manera in#tant-nea e# decir no .a de#de cero a#ta e$ .a$or m-/imo de forma inmediata' La $e" de inducci0n e$ectromagn1tica de Farada" no# dice ue e#to no ocurre' A medida ue $a corriente crece con e$ tiempo e$ campo magn1tico 2 ue pa#a por dentro de$ ,uc$e formado por e$ circuito #e incrementa tam,i1n " con e$$o e$ 3u4o magn1tico ue cru5a e$ -rea de$ ,uc$e' E#te incremento de$ 3u4o magn1tico induce una fem en e$ propio circuito' 6eg7n $a $e" de Len5 $a po$aridad de $a fem inducida de,e #er ta$ ue e$ 3u4o magn1tico ue produce #e oponga a$ cam,io de$ 3u4o magn1tico ue $a induce' 8ara ue e#to ocurra $a fem inducida tiende a producir una corriente en #entido contrario a I' Digamo# ue e# eui.a$ente a introducir una nue.a pi$a (fuente de fem) conectada en #entido contrario a $a origina$' La diferencia de potencia$ neta ue e#t- entonce# ap$icada a $a re#i#tencia e$1ctrica e# igua$ a $a fem origina$ meno# $a fem inducida " por $o tanto $a corriente en e$ circuito e# menor ue $a m-/ima po#i,$e' En $o ade$ante e$ crecimiento de $a corriente #e produce a un ritmo de incremento con re#pecto a$ tiempo menor " con e$$o tam,i1n .a #iendo menor $a magnitud de $a fem de opo#ici0n inducida' E#ta cada .e5 menor fem de opo#ici0n re#u$ta en un incremento gradua$ de $a corriente' Lo mi#mo #ucede cuando e$ interruptor #e a,re $a corriente gradua$mente decrece a cero' Adem-# de$ efecto ue #e produce en e$ ca#o de#crito para un ,uc$e #imp$e puede e/i#tir otro ca#o en e$ ue e$ cam,io de$ 3u4o magn1tico atra.ie#e otra #uper%cie diferente a $a de$ propio $a5o #i un #egundo circuito cerrado e#t- pr0/imo a$ primero' E$ 3u4o magn1tico cam,iante generado por e$ primer $a5o produce un 3u4o magn1tico .aria,$e ue a$can5a a$ #egundo $a5o " por $o tanto induce una corriente en e$ #egundo circuito' E#te efecto a #u .e5 produce un cam,io en e$ 3u4o ue afecta e$ primer circuito " e#te de nue.o a$ #egundo " a#9 #uce#i.amente' Cuando e#to #ucede #e dice ue am,o# circuito# e#t-n $igado# magn1ticamente' E$ primer efecto de inducci0n de fem en #i mi#mo #e denomina auto:inductancia de$ circuito " e$ #egundo efecto en e$ ue un circuito induce una fem en ot ro #e $$ama inductancia mutua' Auto:inductancia En todo momento e$ campo magn1tico ue #e e#ta,$ece a$rededor de $o# a$am,re# de$ ,uc$e formado por e$ circuito e# proporciona$ a $a corriente I ue circu$a por e$ circuito por $o ue e$ f$u4o magn1tico (;)#er- tam,i1n proporciona$ a I' La con#tante de proporciona$idad entre e$ 3u4o magn1tico " $a corriente #e denomina inductancia " u#ua$mente #e repre#ente como L' De modo ue< ; = LI> (igua$dad &) >E$ #9m,o$o = #e u#a para indicar ue e# una de%nici0n' La inductancia L depende de factore# geom1trico# de $a #uper%cie particu$ar in.o$ucrada e# decir de $a geometr9a de$ ,uc$e en e$ ue #e induce $a fem' De acuerdo a $a $e" de Farada" $a fem inducida en e$ ,uc$e e# igua$ a$ negati.o de$ ritmo de cam,io de$ 3u4o magn1tico ue cru5a e$ ,uc$e e#to e#< ! * ? @; + @t * ? L(@I + @t) (ecuaci0n &) Inductancia mutua "ongamos dos circuitos adyacentes como se muestra en la figura #! $l el bucle % fluye la corriente I% y en el bucle & lo 'ace la corriente I&! $l flujo magnético que penetra el rea del bucle  % est dado por *% + %I% - M%&I& (ecuación #) $n la ecuación # 'ay un segundo término sumado al flujo magnético propio del bucle % que es debido a la corriente que fluye por el bucle &! a constante M%& es la inductancia mutua en el bucle % debido al bucle &! as inductancias de la ecuación . no dependen de las corrientes propias de los bucles, tanto % como M%& dependen solo de la geometría y del medio en que ambos bucles estén embebidos! $l flujo magnético en el bucle & también tiene dos términos, un término proporcional a su propia corriente y otro término proporcional a la corriente en el bucle % *& + &I& - M&%I% (ecuación /) $n la ecuación / aparece una nueva constante M&%, pero aunque no resulte evidente, es posible demostrar (cosa que no 'aremos aquí) que ambas inductancias mutuas son iguales, esto es M + M%& + M&%! 0tili1ando al ley de 2araday podemos determinar la fem inducida en el bucle & debido a la corriente en el bucle % 3&% + 4 M(5I% 6 5t) (ecuación 7) 8e la misma manera se tendr una fem inducida en el bucle % debido a la corriente en el bucle & 3%& + 4 M(5I& 6 5t) (ecuación 9) a unidad de inductancia es :eber por ampere (;b6%) y 'a recibido un nombre propio, 'enry (<)! . ;b6% + .< + . = > m#6% Inductores ?omo mismo se incluyen resistencias eléctricas en los circuitos para introducir oposición al paso de la corriente y se les denomina resistores, también se introducen elementos con elevada auto@ inductancia y se les denomina inductores! ?omo la inductancia elevada proporciona otra vía para introducir fem en los circuitos cuya corriente cambia con el tiempo, estos inductores se convierten en elementos a tener en cuenta cuando se determinan los potenciales eléctricos a lo largo de los circuitos! ?uando los inductores se introducen a propósito, o eAisten de manera intrínseca en los circuitos se representan como ! $l cambio de potencial a través de estos inductores, dado por la ecuación., es tal que se opone a cualquier incremento o disminución de la corriente de acuerdo con la ley de en1 y por ello el signo menos presente en la ecuación! a inductancia mutua es de magnitud mínima y normalmente no se tiene en cuenta a la 'ora de determinar los potenciales en los circuitos! 8onde la inductancia mutua adquiere carcter crucial es en los transformadores, aparatos usados para BtransformarB los voltajes cambiantes con el tiempo a inductancia depende de las características físicas del conductor y de la longitud del mismo! Ci se enrolla un conductor, la inductancia aumenta! ?on muc'as espiras se tendr ms inductancia que con pocas! Ci a esto aDadimos un núcleo de ferrita, aumentaremos considerablemente la inductancia! $l flujo que aparece en esta definición es el flujo producido por la corriente I eAclusivamente! o deben incluirse flujos producidos por otras corrientes ni por imanes situados cerca ni por ondas electromagnéticas! $sta definición es de poca utilidad porque es difícil medir el flujo abra1ado por un conductor! $n cambio se pueden medir las variaciones del flujo y eso sólo a través del voltaje (E) inducido en el conductor por la variación del flujo! ?on ello llegamos a una definición de inductancia equivalente pero 'ec'a a base de cantidades que se pueden medir, esto es, la corriente, el tiempo y la tensión $l signo de la tensión y de la corriente son los siguientes si la corriente que entra por la eAtremidad % del conductor, y que va 'acia la otra eAtremidad, aumenta, la eAtremidad % es positiva con respecto a la opuesta! $sta frase también puede escribirse al revés s i la eAtremidad % es positiva, la corriente que entra por % aumenta con el tiempo! $n el CI, la unidad de la inductancia es el 'enrio (<), llamada así en 'onor al científico estadounidense Fosep'