Inductancia mutua: definición, fórmula, significado, ejemplos

El tema de la inducción fue dado por primera vez por Oersted al descubrir que un campo magnético se produce a través de un campo eléctrico. Después de esto, diferentes científicos comenzaron a pensar si es posible lo contrario, es decir, si podemos producir corriente eléctrica a partir de un campo magnético.  

Michael Faraday y Joseph Henry establecieron simultáneamente que se genera una corriente eléctrica en una bobina cuando la bobina y el imán están en movimiento relativo. La corriente producida aquí se llama corriente inducida y la fem producida se llama fem inducida. En este tema, veremos qué es la inducción electromagnética y uno de sus tipos, que es la inducción mutua.

Inducción electromagnética

La inducción electromagnética es el fenómeno de cambio de flujo o campo magnético que provoca una fem inducida en un conductor o bobina conductora. Es importante comprender la idea de flujo o campo magnético, que puede representarse mediante líneas de campo magnético, al investigar la inducción electromagnética. La dirección de la inducción magnética en cualquier lugar determinado está determinada por la tangente a las líneas del campo magnético.

Hay dos tipos de inducción electromagnética que son,

1. Autoinducción
2. Inducción Mutua

Inducción Mutua

Cuando dos bobinas se mantienen cerca una de la otra y el cambio de corriente en una bobina provoca un cambio de fem en la otra, este fenómeno se denomina inducción mutua.

Considere el circuito dado a continuación,

Como se muestra en la figura anterior, sean dos bobinas colocadas una cerca de la otra, a saber, P y S. La bobina P tiene una fuente de alimentación (E) y una llave (k) y la bobina S tiene un galvanómetro para detectar la desviación. Aquí, sea la bobina P la bobina primaria y la bobina S la bobina secundaria.

Laboral:

El galvanómetro indica la desviación momentánea en una dirección y la desviación en la otra dirección cuando se cierra la llave ‘K’. Cuando el galvanómetro muestra que la corriente que fluye a través del primario (P) es constante o cero cuando se abre la llave, no se crea deflexión en el galvanómetro. Sin embargo, cuando cambia la corriente que fluye a través de la bobina principal, se produce un fenómeno conocido como «inducción mutua» y se induce la fem de la bobina secundaria. Podemos ver la fem inducida comprobando la desviación en el galvanómetro. 

Flujo magnético (φ) : el número de líneas de campo magnético que pasan a través de una superficie cerrada se conoce como flujo magnético. Calcula el campo magnético total que viaja a través de un área de superficie específica.

Explicación:

El flujo magnético en la bobina S en cualquier instancia está relacionado con la corriente que fluye a través de la bobina primaria en esa instancia.

φ _s α yo _pag 

∴ φ _{s =} M×i _pags

Aquí, M es el coeficiente de inductancia mutua de la bobina

Entonces, podemos encontrar fem inducida en la bobina secundaria (S) en cualquier instante,

_{mi s} = – dφ s _/ dt 

e _s = -d(M×i _p )/dt

e _s = -M di _p /dt

|e _s | = |-M di _p /dt|

|e _s | = M di _p / dt|

METRO = mi _s / |di _p / dt|

Coeficiente de inducción mutua: El coeficiente de inducción mutua se puede definir como la relación entre la fem inducida en una bobina y la tasa de cambio de corriente en la bobina siguiente.

La inductancia mutua depende del número de vueltas de la bobina, el tamaño de la bobina, la separación entre cada vuelta y el ángulo de las vueltas, y el medio donde se colocan las bobinas.

• SI La unidad de inductancia mutua es Henry (H) 
• Las dimensiones de la inducción mutua son [L ² M ¹ T ^-2 I ^-2 ]

Ejemplos de inductancia mutua

• Las bobinas de calentamiento de una secadora de ropa eléctrica se pueden contraenrollar de manera que sus campos magnéticos se cancelen, lo que reduce considerablemente la inductancia mutua con la carcasa de la secadora.
• El principio esencial de funcionamiento de transformadores, motores, generadores, etc.
• Todos los componentes eléctricos se ocupan de un campo magnético.

Importancia de la inducción mutua

• Como se discutió en ejemplos anteriores, la inducción mutua es esencial para todos los equipos eléctricos que utilizan un campo magnético, por lo que es muy importante en el mundo moderno.
• Los motores eléctricos también usan su principal y son un equipo muy importante.
• La inductancia mutua de un transformador, también conocida como coeficiente de acoplamiento, es una medida de la eficiencia con la que se transmite la energía desde las bobinas primarias a las secundarias.
• Cuando dos bobinas se colocan juntas, el campo magnético de una de ellas tiende a conectarse con el campo magnético de la otra. La segunda bobina genera un voltaje como resultado de esto. La inductancia mutua es la propiedad de una bobina que influye o modifica la corriente y el voltaje en una bobina secundaria.
• Cuando dos bobinas se colocan juntas, el campo magnético de una de ellas tiende a conectarse con el campo magnético de la otra. La segunda bobina genera un voltaje como resultado de esto.

Corrientes de Foucault y su relación con la inducción mutua

De acuerdo con la ley de inducción de Faraday, las corrientes de Foucault son bucles de corriente eléctrica inducida dentro de los conductores por un campo magnético cambiante en el conductor. Dentro de los conductores, las corrientes de Foucault fluyen en bucles cerrados en planos perpendiculares al campo magnético.

Ejemplo de corriente de Foucault, velocímetro en nuestro vehículo.

 La inducción mutua es la causa principal de la formación y generación de corrientes de Foucault en el material de prueba. Se transmite una corriente alterna a través de una bobina de alambre como material de prueba. A continuación, se conecta un dispositivo eddy cope a la sonda. Se puede utilizar cualquier sustancia conductora para el siguiente circuito. Se genera un campo magnético dentro y alrededor de una bobina cuando se conduce electricidad a través de ella. Cuando se introduce una sonda cerca de una sustancia conductora, el campo magnético alterno de la sonda hace que la corriente fluya a través de ella. Estas corrientes corren en bucles cerrados en ángulo recto con el flujo magnético en un plano. Las corrientes de Foucault son como las llamamos.

Estas corrientes de Foucault generan su campo magnético, que interactúa con el campo magnético primario de la bobina. El análisis de las variaciones en la resistencia y la reactancia inductiva de la bobina provista podría proporcionar información sobre el material de prueba.

Coeficiente de Acoplamiento: Es la relación entre el circuito abierto y el voltaje real, así como la relación que se obtiene si el flujo se conecta de un circuito al otro. Está relacionado con la inductancia mutua y es un enfoque simple para comprender la relación entre ciertas orientaciones del inductor y la inductancia arbitraria.

Ejemplos de preguntas

Pregunta 1: ¿Por qué esta inductancia se llama «inducción mutua»?

Responder:

Esta inducción es producida por dos, la inducción producida entre sí por dos circuitos adyacentes, por lo tanto, es la corriente producida mutuamente entre dos circuitos, por lo que se denomina inducción mutua.

Pregunta 2: ¿Cuál es la fem inducida en una bobina circular mantenida en un campo magnético?

Responder:

No hay variación en el flujo magnético creado ya que la bobina está en un campo magnético homogéneo. Como resultado, la bobina no tiene fem inducida.

Pregunta 3: ¿Cuáles son la unidad SI y las dimensiones de la inducción mutua?

Responder: 

SI La unidad de inductancia mutua es Henry (H) y las dimensiones de inducción mutua son [L ² M ¹ T ^-2 I ^-2 ]

Pregunta 4: ¿Qué factores tienen un impacto en la inductancia mutua?

Responder: 

Los factores que afectan la inductancia mutua son:

• área de la sección transversal
• Número de vueltas
• la cantidad de espacio entre las dos bobinas.
• Permeabilidad media entre las dos bobinas.
• Dimensiones

Pregunta 5: ¿Qué es el flujo magnético?

Responder: 

Flujo magnético (φ): El flujo magnético es el número de líneas de campo magnético que viajan a través de una superficie cerrada. Determina el campo magnético general que atraviesa una determinada región.

Pregunta 6: ¿Dónde usamos el principio de inducción mutua?

Responder: 

Principalmente usamos inducción mutua en transformadores, generadores y todos los dispositivos electrónicos que usan un campo magnético.

Pregunta 7: Dos bobinas coaxiales están muy cerca una de la otra y su inductancia mutua es de 10 mH. Si una corriente (60 A) sen 600t pasa por una de las bobinas, encuentre el valor pico de la fem inducida en la bobina secundaria. 

Responder:

i = 60 sen 600t

fem aquí puede ser dada por,

e = -M di/dt

e = -(10 × 10 ³ ) d (60 sen 600t)/dt

e = -10 × 10 ³ × 60 cos 600t ×600

e = -360 cos 600t

Por lo tanto, de acuerdo con la fórmula de inducción mutua 

e = M×i _p

La fem inducida en la bobina secundaria es de 360 ​​V.