La inducción electromagnética , a menudo conocida como inducción, es un proceso en el que se coloca un conductor en una determinada posición y el campo magnético varía o permanece estacionario a medida que el conductor se mueve. Como resultado de esto, se crea un voltaje o EMF (fuerza electromotriz) a través del conductor eléctrico.
Michael Faraday descubrió esta regla de inducción electromagnética. Construyó un cable conductor similar al diagrama a continuación, que vinculó a un dispositivo que medía el voltaje a través del circuito. El voltaje en el circuito se mide cuando un imán de barra pasa a través del dispositivo. La importancia de esto es que es un método para crear energía eléctrica en un circuito empleando campos magnéticos en lugar de baterías. El principio de la inducción electromagnética es utilizado por equipos como generadores, transformadores y motores.
Inductor e Inductancia
Una resistencia es un componente eléctrico que se opone y regula el flujo de electricidad. La resistencia es la capacidad de un conductor para resistir el flujo de corriente. Mientras que un capacitor es un dispositivo que almacena carga y energía brevemente, la capacitancia se refiere a la capacidad de un capacitor para almacenar energía.
Un inductor no es más que una bobina. Para hacer una bobina, se enrolla firmemente un alambre conductor. Producirá su campo magnético constante cuando se suministre una corriente continua a través de él. En cambio, si usamos una corriente alterna o una fuente que cambia continuamente, la corriente que fluye a través de la bobina cambiará. Inducirá su fem en la dirección opuesta al suministro debido al cambio de flujo magnético. Esto se conoce como inductancia. Entonces, la inductancia se refiere a la capacidad de un conductor para resistir el cambio de corriente, pero un inductor es un dispositivo eléctrico que lo hace.
Autoinductancia
La batería producirá una corriente constante en la bobina si la resistencia del reóstato se mantiene constante. Se inducirá un campo magnético continuo dentro de la bobina debido a la corriente constante que se le proporciona.
A medida que cambia la resistencia del reóstato, la corriente que fluye a través de la bobina también cambiará. Dado que la corriente está cambiando, habrá un flujo magnético cambiante dentro de la bobina. Debido al efecto de cambiar el flujo magnético, se inducirá una fem dentro de esta bobina, tratando de oponerse al flujo magnético. Por lo tanto, debido a la fem inducida, la dirección de la corriente inducida será opuesta a la de la corriente suministrada.
La corriente que fluye en la bobina determina el flujo inducido en la bobina:
ϕ ∝ yo
Como resultado, la relación flujo-corriente debe ser constante, ya que esto definirá la capacidad de la bobina para crear flujo magnético en relación con la corriente suministrada. Autoinducción es el nombre de esta constante (L).
L=ϕ/I
Un inductor es el resultado de este proceso. Si hay N vueltas en la bobina, entonces
L=Nϕ/I
Nϕ=LI
Diferenciando esta ecuación en términos de tiempo en ambos lados
d/dt (Nϕ)=d/dt (LI)
N dϕ/dt=L dI/dt
Pero, de acuerdo con la ley de EMI de Faraday, la fem inducida en una bobina es,
ε=–N dϕ/dt
El signo negativo indica que la fem inducida está en dirección opuesta a la tasa de cambio actual.
ε=–L dI/dt
L=–ε /dI/dt
Como resultado, la autoinducción puede definirse alternativamente como la fem inducida por tasa unitaria de cambio de corriente dentro de la bobina menos la fem inducida por tasa unitaria de cambio de corriente.
La unidad SI de inductancia es: Wb/A=Vs/A=Henry (H)
Energía magnética almacenada en un inductor
Un inductor almacena energía en forma de campo magnético porque puede inducir su fem. Calculemos la energía magnética almacenada en un inductor usando la siguiente ecuación:
La tasa de trabajo realizado por una corriente I en el circuito se puede representar como:
dW/dt=εI
Sustituyendo la siguiente ecuación por la fem inducida de la bobina:
dW/dt=–L dI/dt I
dW=–LI dI
Integrando ambos lados de esta ecuación:
∫dW=∫–LI dI
W=–1/2 LI 2
El trabajo realizado es el inverso de la energía almacenada. Entonces, si la energía magnética inicial del inductor es cero, la energía almacenada en el inductor es:
U = 1/2 LI 2
Inductancia mutua
La autoinducción es similar a la inductancia mutua. En cambio, consta de solo dos bobinas. A uno de ellos se le da corriente, mientras que al otro se le da fem.
La bobina 1 está conectada a un suministro y un reóstato en el diagrama, mientras que la bobina 2 está conectada a un galvanómetro. La bobina 1 comenzará a fluir con una corriente fluctuante. Será inducido con un flujo magnético cambiante como resultado de esto. Debido a que las bobinas están tan juntas, el flujo magnético cambiante estará conectado entre sí. Debido a que el flujo magnético a través de la bobina 2 cambia constantemente con respecto al tiempo, se inducirá una fem que se opondrá a este flujo magnético en la bobina 2, lo que hará que fluya una corriente en la dirección opuesta a la corriente proporcionada. Como consecuencia, podemos afirmar que la corriente suministrada en la bobina 1 provoca el flujo a través de la bobina 2.
ϕ 2 ∝ yo 1
Como resultado, el flujo a través de la bobina 2 y la corriente entregada en la bobina 1 tendrán una relación constante. La inductancia mutua en la bobina 2 debido a la bobina 1 es el nombre de esta constante.
METRO 21 = ϕ 2 / yo 1
Podemos definir la inductancia mutua entre dos bobinas como la relación de flujo asociado con una bobina por unidad de corriente entregada en la otra bobina usando la siguiente ecuación.
ϕ 2 = M 21 1
Tomando la ecuación anterior y derivándola con respecto al tiempo
d/dt(ϕ 2 )=d/dt(M 21 I 1 )
Usando la ley de EMI de Faraday
ε 2 =–M 21 dI 1 /dt
M 21 =–ε 2 /dI 1 /dt
Como resultado, la inductancia mutua puede definirse alternativamente como la fem inducida por unidad de tasa de cambio de corriente en la bobina inductora menos la fem inducida por unidad de tasa de cambio de corriente en la bobina inductora.
Aplicaciones de Inductores
- Los circuitos de estrangulamiento emplean principalmente inductores (bobina de estrangulamiento).
- En un transformador se aplica el concepto de inductancia mutua.
- Como sugiere la fórmula, se emplean para almacenar energía.
- Para crear corriente alterna, se usa en un circuito oscilador LC.
- También se utiliza en convertidores de potencia (ac-ac o dc-dc).
Ejemplos de preguntas
Pregunta 1: Cuando se suministra una corriente de 2mA a una bobina con 100 vueltas, se vincula con ella un flujo magnético de magnitud 0,2Wb. Encuentre la autoinducción de esta bobina.
Responder:
Corriente suministrada a la bobina I=2mA
Número de vueltas en la bobina (N)=100
Flujo magnético vinculado con la bobina (ϕ)=0.2Wb
La autoinducción de una bobina viene dada por la ecuación
L=Nϕ/I
Sustituyendo los valores
L=100×0.2/2
∴L=10H
Esta bobina tiene una autoinducción de 10H.
Pregunta 2: Determine la energía almacenada en un inductor de 100 mH de inductancia cuando pasa a través de él una corriente de 0,2 A.
Responder:
La inductancia del inductor (L)=100mH
La corriente pasó a través de él (I) = 0.2A
La energía almacenada en un inductor viene dada por la ecuación
U=1/2LI 2
Sustituyendo los valores
U=1/2×100×10 –3 ×0,2×0,2
∴U=2mJ
La energía almacenada en esta bobina es de 2mJ.
Pregunta 3: ¿Qué es el principio de inducción mutua?
Responder:
La inducción mutua se basa en el concepto de inducción electromagnética. Cuando el campo magnético de una bobina se conecta con la otra, la segunda bobina genera su propia fem. La inducción mutua es el término para este procedimiento.
Pregunta 4: Dos solenoides largos que tienen una longitud L y un área de sección transversal A se colocan de tal manera que sus ejes coincidan. Encuentre la inductancia mutua de este sistema.
Responder:
El campo magnético de un solenoide largo es proporcionado por:
B=μ0NI/L
Como resultado, si se entrega electricidad a través de uno de los solenoides, el flujo magnético dentro de este se conectará al otro. En consecuencia, la inducción mutua de este sistema será:
M=B 1 A/ B
∴ METRO=μ 0 norte 1 norte 2 A/L
Pregunta 5: ¿Cuáles son las aplicaciones de los inductores?
Responder:
- Los inductores se utilizan comúnmente en circuitos de estrangulamiento (bobina de estrangulamiento).
- La noción de inductancia mutua se utiliza en transformadores.
- Se utilizan para almacenar energía, como dice la fórmula.
- Se utiliza en un circuito oscilador LC para generar corriente alterna.
- También se utiliza en convertidores de potencia (ac-ac o dc-dc).
Pregunta 6: ¿Cuál es el uso de la inducción mutua?
Responder:
La inducción mutua se utiliza en transformadores, generadores, motores, etc.
Pregunta 7: ¿Cuál es el uso de la Inductancia?
Responder:
Se requiere inductancia para inducir la fuerza contraelectromotriz y mantener el flujo de corriente incluso después de apagar el interruptor.
Pregunta 8: Un solenoide largo tiene 500 vueltas. Cuando pasa a través de él una corriente de 2 A, el flujo magnético resultante vinculado con cada vuelta del solenoide es de 4 × 10 −3 Wb. encontrar la autoinducción.
Responder:
Φ=4×10 −3 Wb/vuelta
N= Número de vueltas =500
I = Corriente que fluye = 2A
N×Φ=L×I
∴500×4×10 −3
=L×2
∴L= 500×4×10 −3 /2
∴L=1H
∴ La autoinductancia del solenoide es de 1,0 H
Pregunta 9: Un solenoide (núcleo de aire) tiene 400 vueltas, mide 20 cm de largo y tiene una sección transversal de 4 cm 2 . Luego encuentre el coeficiente de autoinducción.
Responder:
n=400 vueltas, l=20 cm, A=4 cm 2
L= 1⋅25×10 −6 Hm −1 ×400×400×4×100 / 100×100×20
=4× 10 −4H
Pregunta 10: Cuando una corriente de 4A entre dos bobinas cambia a 12A en 0.5s en el primario e induce una fem de 50mV en el secundario. Calcule la inductancia mutua entre las dos bobinas.
Responder:
M= e 2 / di 2 / dt
=(50 x 10 -3 ) / (8/0,5)
=3.125 x 10 -3 H
=3,125 mH
Publicación traducida automáticamente
Artículo escrito por amanarora3dec y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA