Conceptos básicos de resistencia, capacitancia e inductancia.

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Si se sabe el valor de cada resistencia (R1, R2... Rn) y que las resistencias están en serie la fórmula es:[pic 7]

Ecuación [2]

Si se sabe el valor de cada resistencia (R1, R2... Rn) y se sabe que las resistencias están en paralelo:[pic 8]

Ecuación [3]

Si se sabe el voltaje total del circuito (VT) y la intensidad total (IT):[pic 9]

Ecuación [4]

Si se conoce el valor de la potencia total (PT) y voltaje total (VT) o intensidad total (IT):

[pic 10][pic 11]

Ecuación [5, 6]

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Inductancia.

Se llama inductancia al campo magnético que crea una corriente eléctrica al pasar a través de una bobina de hilo conductor enrollado alrededor de la misma que conforma un inductor. Un inductor puede utilizarse para diferenciar señales cambiantes rápidas o lentas. Al utilizar un inductor con un condensador, la tensión del inductor alcanza su valor máximo a una frecuencia dependiente de la capacitancia y de la inductancia. Así como la resistencia se opone ante el flujo de corriente, la inductancia (L) se opone al cambio del flujo de corriente.

El dispositivo que cumple eficazmente esta función es el inductor, que físicamente es una bobina que tiene numerosos espiras de alambre de cobre, de un diámetro muy fino y con un forro o aislante, arrollados en un tubo de baquelita.

¿Qué es una bobina o inductor?

Un inductor o bobina es un componente pasivo de un circuito eléctrico que, debido al fenómeno de la autoinducción, almacena energía en forma de campo magnético. 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. La bobina o inductor es un elemento que reacciona contra los cambios en la corriente a través de él, generando un voltaje que se opone al voltaje aplicado, y es proporcional al cambio de la corriente.

Cuando un flujo de electrones circula a lo largo de un conductor, empieza a expandirse un campo magnético desde el eje del conductor. Las líneas de fuerza del campo magnético se mueven hacia afuera, a través del material conductor, continuando después por el aire, induciendo un voltaje en el propio conductor. Este voltaje inducido tiene siempre una dirección opuesta al de la circulación de la corriente. Debido a dicha dirección opuesta, a este voltaje se le llama fuerza contra electromotriz (F.C.E) o F.E.M inversa. La inductancia se expresa en henrios (H) pero como es una unidad de medición grande, es más común usar sus submúltiplos mili henrios (mH, 1 x10-3 H = .001 H) y micro henrios (μH, 1 x 10-6 H = .000001 H). El efecto de la F.C.E que se crea en el conductor es el de oponerse al valor máximo de la corriente, aunque esta es una condición temporal. Cuando la corriente que pasa por el conductor alcanza finalmente un valor permanente, las líneas de fuerza dejan de expandirse o moverse y ya no se produce F.C.E.M. En el instante en que la corriente empieza a circular, las líneas de fuerza se expanden con la máxima velocidad y se produce el valor máximo de la F.C.E. En dicho instante, la F.C.E.M tiene un valor justo inferior al voltaje aplicado.

De acuerdo con la ilustración 4, cuando la corriente empieza a circular, su valor es pequeño. Sin embargo, a medida que las líneas de fuerza se mueven hacia afuera, disminuye progresivamente el número de líneas que cortan al conductor cada segundo, por lo que también disminuye progresivamente la F.C.E.M. Después de cierto tiempo, las líneas de fuerza alcanzan su mayor expansión, deja de producirse la F.C.E.M y la única F.E.M en el circuito es la de la fuente de voltaje. Entonces puede circular por el alambre la corriente máxima pues la inductancia ya no reacciona contra la fuente de voltaje.

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[pic 12]

Ilustración 4. Relación entre la corriente y la FCEM con respecto al tiempo

Existen dos tipos de inductores:

Inductores fijos: A los inductores fijos no se les puede variar su valor, una vez que se han fabricado su valor permanece constante. Estos inductores pueden tener un núcleo de aire o de hierro

Inductores variables: A los inductores variables se les puede variar el valor de la inductancia en cierta escala. Están fabricados de manera que el núcleo se pueda mover dentro del devanado. De esta manera, la posición del núcleo determina el valor de la inductancia.

La inductancia se representa por la letra L, que en un elemento de circuito se define por:

[pic 13]

eL = L di/dt

La inductancia depende de las características físicas del conductor y de la longitud del mismo. Si se enrolla un conductor, la inductancia aumenta. Con muchas espiras (vueltas) se tendrá más inductancia que con pocas. Si a esto añadimos un núcleo de ferrita, aumentaremos considerablemente la inductancia. La energía almacenada en el campo magnético de un inductor se calcula según la siguiente formula:

[pic 14]

W = I² L/2

Siendo: W energía (julios), I corriente (amperios), L inductancia (henrios). El valor de la inductancia viene determinado exclusivamente por las características geométricas de la bobina y por la permeabilidad magnética del espacio donde se encuentra. Así, para un solenoide, la inductancia, de acuerdo con las ecuaciones de Maxwell, viene determinada por:

[pic 15][pic 16]

Donde μ es la permeabilidad absoluta del núcleo, N es el número de espiras, A es el área de la sección transversal del bobinado e l la longitud de las líneas de flujo.

[pic 17][pic 18]

Ilustración 5. Representación simbólica de inductor de núcleo de hierro, inductor variable