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En 1820 Oersted descubrió que una aguja imantada, situada cerca de un hilo metálico recorrido por una corriente, es desviado de su posición de equilibrio. En 1822 Ampère y Laplace estudiaron la acción recíproca de los campos magnéticos sobre las corrientes eléctricas, y Ampère, asimilando un solenoide a un imán, creó la teoría de la electrodinámica.
Faraday descubrió la inducción en 1831 y demostró la posibilidad de transformar en energía eléctrica el trabajo mecánico.
Henry publicó en 1832 una memoria sobre la autoinducción. En 1833 Lenz estableció la ley que da el sentido de la corriente inducida. Focault demostró en 1855 la existencia de las corrientes que llevan su nombre.
En 1861 el matemático escocés James Clerk Maxwell dio una forma general a la teoría de la electrodinámica creada por Amperè; y publicó en 1873 su tratado de electricidad y magnetismo, auténtica base del electromagnetismo moderno.
Un imán es capaz de crear un campo mágnético en sus inmediaciones. Posee dos polos (norte y sur) y se dice que las líneas de fuerza (flujo magnético) van desde el polo norte al polo sur.
Si disponemos de dos imanes y los enfrentamos los polos del mismo nombre se rechazan con una fuerza determinada y los polos de distinto nombre se atraen.
Cuando una corriente continua viaja por un cable conductor, se genera a su alrededor un campo magnético igual que en un imán.
Este campo forma unos líneas de fuerza alrededor del cable como se muestra en la figura anterior. El campo es mas intenso cuanto mas cerca está del cable y disminuye conforme se aleja de él hasta que su efecto es prácticamente nulo. Se puede encontrar el sentido que tiene el flujo magnético si se conoce la dirección que tiene la corriente en el cable con la ayuda de La ley de la mano derecha.
Podemos decir que un conductor filiforme rectilíneo de longitud l recorrido por una corriente I crea, a la distancia d, un campo magnético de inducción B.
Si hubiese n conductores juntos el campo magnético resultante sería:
Y el campo magnético en el centro de una bobina de N espiras circulares es:
Es importante mencionar que:
Aparece una corriente inducida en un circuito cerrado cuando:
Una variación de flujo φ durante un tiempo t crea una fuerza electromotriz inducida e (Ley de Faraday)
Un conductor filiforme rectilíneo de longitud l recorrido por una corriente I y situado en un campo magnético de inducción B experimenta un fuerza:
Un circuito recorrido por una corriente I produce a través de sí mismo un flujo:
Llamaremos inductancia al campo magnético que crea una corriente eléctrica al pasar a través de una bobina de hilo conductor enrollado ????.
Símbolo:
A diferencia del condensador, la bobina por su forma (espiras de cable arrollados) almacena energía en forma de campo magnético. Todo cable por el que circula una corriente tiene a su alrededor un campo magnético generado por la corriente, siendo el sentido de flujo del campo magnético, el que establece la ley de la mano derecha. Al estar la bobina hecha de espiras de cable, el campo magnético circula por el centro de la bobina y cierra su camino por su parte exterior
Una característica interesante de las bobinas es que se oponen a los cambios bruscos de la corriente que circula por ellas. Esto significa que a la hora de modificar la corriente que circula por ellas (ejemplo: ser conectada y desconectada a una fuente de alimentación), esta tratará de mantener la corriente que antes circulaba generando una tensión para oponerse al cambio de corriente.
La inductancia de la bobina depende de sus características físicas. Con muchas espiras se tendrá más inductancia que con pocas. Si a esto añadimos un núcleo de material ferromagnético, aumentaremos considerablemente la inductancia. Teniendo esto en cuenta el valor de inductancia que tiene una bobina depende de:
La unidad para la inductancia es el henrio (H). Por lo que la característica principal de una bobina es su inductancia, pudiendo encontrarse en electrónica bobinas que se miden en miliHenrios (mH) y en microHenrios (μH).
En una bobina habrá un henrio de inductancia cuando el cambio de 1 amperio/segundo en la corriente eléctrica que fluye a través de ella provoque una fuerza electromotriz opuesta de 1 voltio.
Una bobina recorrida por una corriente I posee una energía electromagnética:
Siendo:
La inductancia de una bobina con una sola capa bobinada al aire puede ser calculada aproximadamente con la fórmula simplificada siguiente:
Siendo:
Donde:
Esta fórmula es una buena aproximación para bobinas de una longitud mayor o igual a 0.8 a. Ver el siguiente gráfico
Se tiene una bobina de 32 espiras, 13 vueltas por centímetro y 25 mm de diámetro. ¿Cuál será su inductancia?
Datos:
Entonces:
Se desea construir una bobina de 10 μH, que tenga 2.54 centímetros de diámetro y una longitud de 3.175 centímetros.
Entonces:
Se despeja de la ecuación original la variable n en función de todas las demás.
Reemplazando los valores:
En la bobina con núcleo de aire se ve que el valor de la inductancia de esta depende del número de espiras, la longitud del hilo, y el diámetro de las espiras. El valor de la inductancia que se puede obtener es limitado cuando el núcleo es de aire.
Para poder incrementar el valor de la inductancia de una bobina se coloca dentro de ella un núcleo metálico de características magnéticas muy especiales, que lo que hacen es reforzar el campo magnético.
El magnetismo del material del núcleo depende de la polarización de "los dominios magnéticos moleculares", cuando el campo magnético que afecta la bobina cambia continuamente. Estos dominios deben poder cambiar su posición para que el núcleo cumpla su objetivo.
Los dominios magnéticos podrán o no seguir las variaciones del campo magnético dependiendo del material de que está hecho el núcleo. Si esta variación del campo magnético no puede ser seguida el núcleo pierde su razón de ser y lo dominios moleculares se desordenan, quedando el núcleo despolarizado magnéticamente.
El material magnético que se utiliza como núcleo de la bobina depende de la frecuencia a la que trabajará esta.
En el apartado, Electrónica, sintonia hay mas cálculos de bobinas...
Las aplicaciones mas usuales de las inductancias en general son:
Continuará ...
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