Inductancia.docx

INDUCTANCIA. Es la propiedad que tienen los conductores de producir líneas de campo magnético cuando se hallan recorridos por una corriente eléctrica. Por tanto, es la relación entre el numero de líneas de campo magnético en Weber, por la corriente que las produce y se mide en hendrios. Es la propiedad eléctrica muy importante, ya que afecta directamente a los cuatro problemas básicos de integidad de señal y esta muy relacionada con las interferencias electromagnéticas y los acoplamientos entre líneas y circuitos.

TIPOS DE INDUCTANCIA. La inductancia de cualquier conductor depende no solamente de la longitud y diámetro de ese conductor sino también de la forma del mismo, en consecuencia no existe un solo tipo de inductancia y debemos hablar de:   

Inductancia parcial Inductancia mutua Inductanmcia total de lazo

Compatibilñidad electrónica y seguridad funcional en sistemas electrónicos( joan pere lopez Veraguas) marcombo. (2010 PRIMERA EDICION) BARCELONA

El concepto de inductancia fue popularizado por el físico, ingeniero eléctrico, matemático y radiotelegrafista inglés Oliver Heaviside en Febrero del año 1886, en tanto, el símbolo con el cual se la distingue, la letra L mayúscula, se ha impuesto en homenaje al físico alemán Heinrich Lenz, quien también, como Heaviside, realizó importantes aportes en el descubrimiento de esta propiedad. En un inductor o en una bobina se denominará inductancia a la relación que se establecerá entre el flujo magnético y la intensidad de la corriente eléctrica. Dado que resulta bastante complejo medir el flujo que abraza un conductor, en su lugar se pueden medir las variaciones del flujo solo a través del voltaje que es inducido en el conductor en cuestión por la variación del flujo. De esta manera se obtendrán cantidades plausibles de ser medidas, tales como la corriente, la tensión y el tiempo. En tanto, la inductancia siempre será positiva, excepto en aquellos circuitos electrónicos especialmente diseñados para simular inductancias negativas.

La inductancia es la propiedad de un circuito eléctrico para resistir el cambio de corriente. Una corriente que fluye a través de un cable tiene un campo magnético alrededor. El flujo magnético depende de la corriente y cuando la corriente varía, el

flujo magnético también varía con ella. Cuando el flujo magnético varía, se desarrolla un emf a través del conductor de acuerdo con la ley de Faraday.

Inductores Un inductor es un arrollamiento de un material conductor sobre un núcleo de aire o preferentemente, de un material ferromagnético. Al igual que un capacitor, un inductor también almacena energía, pero mientras que el capacitor lo hace en un campo eléctrico, el inductor lo hace en un campo magnético.

Cuando circula una corriente eléctrica por un inductor, éste genera un campo magnético y un flujo magnético, tal como ocurre cuando circula una corriente por un conductor, pero de mayor valor. Si se hace circular una corriente alterna a través del inductor, el campo magnético varía según la frecuencia y por lo tanto el flujo es variable en todo momento. Si en cambio se hace circular una corriente continua, el flujo es únicamente variable cuando se crea el campo (al conectar la alimentación) y cuando el campo se autoinduce (al desconectar la alimentación). Una característica de los inductores es que se oponen a los cambios en la corriente que circula a través de los mismos, generando una tensión (FEM) de sentido contrario a su polaridad y que intenta contrarrestar ese cambio. Inductancia según las características del inductor

Al igual que la capacitancia, la inductancia también depende de las características físicas del inductor (es decir de la geometría y de los materiales con los que está hecho) y no de la corriente que circula por él. A mayor cantidad de espiras enrolladas la inductancia es mayor. Si además se agrega un núcleo ferro-magnético, la inductancia también aumenta. El valor de la inductancia está dado por la expresión:

L = Valor de la inductancia [H] N = Número de espiras de la bobina [sin unidad] µ = Permeabilidad del núcleo [Wb/A·m] S = Sección del núcleo [m2] l = Longitud de líneas de flujo [m]

La Resistencia Eléctrica es la oposición o dificultad al paso de la corriente eléctrica. Cuanto más se opone un elemento de un circuito a que pase por el la corriente, más resistencia tendrá. Veamos esto mediante la fórmula de la Ley de Ohm, formula fundamental de los circuitos eléctricos: I

=

V

/

R

Esta fórmula nos dice que la Intensidad o Intensidad de Corriente Eléctrica (I) que recorre un circuito o que atraviesa cualquier elemento de un circuito, es igual a la Tensión (V) a la que está conectado, dividido por su Resistencia (R). Esta fórmula nos sirve para calcular la resistencia de un elemento dentro de un circuito o la del circuito entero. Según esta fórmula en un circuito o en un receptor que este sometido a una tensión constante (por ejemplo a la tensión de una pila de 4V) la intensidad que lo recorre será menor cuanto más grande sea su resistencia. Comprobado: la resistencia se opone al paso de la corriente, a

más

R

menos

I,

según

la

Ley

de

Ohm.

Si no tienes muy claro las magnitudes eléctricas como la tensión, la intensidad, etc. te recomendamos este enlace: Magnitudes Eléctricas Todos los elementos de un circuito tienen resistencia eléctrica. La resistencia eléctrica se mide en Ohmios (Ω) y se representa con la letra R. En un circuito de corriente continua podemos calcular la resistencia despejándola de la fórmula de la ley de ohm: R = V/I; V en voltios e I en amperios nos dará la resistencia en Ohmios (Ω). Para el símbolo de la resistencia eléctrica, dentro de los circuitos eléctricos, podemos usar dos diferentes:

Da

igual

usar

un

símbolo

u

otro.

Aunque en los circuitos pequeños la resistencia de los conductores se considera la mayoría de las veces cero, cuando hablamos de circuitos donde los cables son muy largos, debemos calcular el valor de la resistencia del conductor entre un extremo y el otro del cable. Más adelante veremos como se hace. Ya sabemos que los elementos de un circuito tienen resistencia eléctrica, pero lógicamente unos tienen más que otros. A parte de la resistencia de los receptores también hay unos elementos que se colocan dentro de los circuitos y que su única función es precisamente esa, oponerse al paso de la corriente u ofrecer resistencia al paso de la corriente para limitarla y que nunca supere una cantidad de corriente determinada. Son muy usados en electrónica. Un elemento de este tipo también se llama también Resistencia Eléctrica. A continuación vemos algunas de las más usadas y como se calcula su valor.

Código de Colores Para Resistencias Para saber el valor de un resistencia tenemos que fijarnos que tiene 3 bandas de colores seguidas y una cuarta más separada. Leyendo las bandas de colores de izquierda a derecha las 3 primeras bandas nos dice su valor, la cuarta banda nos indica la tolerancia, es decir el valor + - el valor que puede tener por encima o por debajo del valor que marcan las 3 primeras bandas. Un ejemplo. Si tenemos una Resistencia de 1.000 ohmios (Ω) y su tolerancia es de un 10%, quiere decir que esa resistencia es de 1.000Ω pero puede tener un valor en la realidad de +- el 10% de esos 1000Ω, en este caso 100Ω arriba o abajo. En conclusión será de 1.000Ω pero en realidad podría tener valores entre 900Ω y 1100Ω debido a su tolerancia. Normalmente los valores de las resistencias si los medimos con un polímetro suelen ser valores bastante exactos, tengan la tolerancia que tengan. Ahora vamos

a

ver

como

se

calcula

su

valor.

El color de la primera banda nos indica la cifra del primer número del valor de la resistencia, el color de la segunda banda la cifra del segundo número del valor de la resistencia y el tercer color nos indica por cuanto tenemos que multiplicar esas dos cifras para obtener el valor, o si nos es más fácil, el número de ceros que hay que añadir a los dos primeros números obtenidos con las dos primeras bandas de colores. El

valor

de

los

colores

los

tenemos

en

el

siguiente

esquema:

Tipos de Resistencias En

función

de

su

funcionamiento

tenemos:

- Resistencias fijas: Son las que presentan un valor que no podemos modificar. - Resistencias variables: Son las que presentan un valor que nosotros podemos variar modificando la posición de un contacto deslizante. A este tipo de resistencia variables se le llama Potenciómetro. - Resistencias especiales: Son las que varían su valor en función de la estimulación que reciben de un factor externo (luz, temperatura...). Por ejemplo las LDR son las que varían su valor en función de la luz que incide sobre ellas.

RESISTENCIA TOTAL EN UN CIRCUITO EN PARALELO La resistencia total de un circuito en paralelo se calcula haciendo la inversa de la suma de las resistencias inversas, es decir, utilizando la siguiente fórmula:

Además en un circuito en paralelo la diferencia de potencial es constante a lo largo de todos los puntos del circuito. Mientras que la intensidad total se calcula utilizando la ley de Ohm, así como la de cada rama, que en este caso si que son diferentes.

Resistencia de un Conductor Todos los conductores eléctricos se oponen al paso de la corriente eléctrica en mayor o menor medida. Esto es debido a que los portadores de carga (electrones o iones) se encuentran con ciertas dificultades para desplazarse dentro del material del que forman parte. Esta oposición se denomina resistencia eléctrica de un conductor. De forma experimental se puede demostrar que la resistencia eléctrica de un conductor depende de: 

El material del que está compuesto.



La temperatura a la que se encuentra. Cuanto mayor es la temperatura mayor es su resistencia eléctrica



Su longitud. La resistencia aumenta proporcionalmente a la longitud del conductor.



Su sección. La resistencia disminuye proporcionalmente a la sección transversal del conductor.

Se denomina resistencia eléctrica de un conductor a la oposición que ofrece dicho conductor al paso de la corriente eléctrica. Matemáticamente:

R=ρ⋅lS donde: 

R es la resistencia eléctrica.



ρ es la resistividad del material



l es la longitud del conductor.



S es la sección del conductor.

Calculo de resistencias en serie equivalente Para calcular la resistencia en serie equivalente solo tenemos que realizar la suma de todos los resistores que forman parte de la rama serie.

Cosas a tener en cuenta 



 

Por todo material por donde circule una corriente este ofrecerá una resistencia al paso de la misma, en materiales considerados conductores la resistencia sera menor que en materiales considerados aislantes. La resistencia se mide en Ohms, cuanto mas grande sea este numero mayor sera la oposición al paso que encuentre la corriente, cuando mas chico sea mas fluida sera su circulación. No es lo mismo conectar una resistencia en serie o en paralelo, el comportamiento final puede ser totalmente distinto. La relación V = I.R es la Ley de Ohm, nos permite calcular una variable conociendo previamente las dos anteriores  V = Tension entre los terminales  I = Corriente que circula por la resistencia.  R = Resistencia eléctrica.

CONDENSADOR ELECTRICO Un condensador, también llamado capacitor, es un componente eléctrico que almacena carga eléctrica, para liberarla posteriormente. También se suele llamar capacitor eléctrico. En la siguiente imagen vemos varios tipos diferentes.

Recuerda que la carga eléctrica es la cantidad de electricidad. Si no tienes claro lo que es la carga o quieres saber más sobre carga y otras magnitudes te recomendamos el siguiente enlace: Magnitudes Electricas.

¿Cómo almacena la Carga el Condensador? Para almacenar la carga eléctrica, utiliza dos placas o superficies conductoras en forma de láminas separadas por un material dieléctrico (aislante). Estas placas son las que se cargarán eléctricamente cuando lo conectemos a una batería o a una fuente de tensión. Las placas se cargarán con la misma cantidad de carga (q) pero con distintos signos (una + y la otra -). Una vez cargado ya tenemos entre las dos placas una d.d.p o tensión, y estará preparado para soltar esta carga cuando lo conectemos a un receptor de salida.

El material dieléctrico que separa las placas o láminas suele ser aire,

tantalio, papel, aluminio, cerámica y ciertos plásticos, depende del tipo de condensador. Un material dieléctrico es usado para aislar componentes eléctricamente entre si, por eso deben de ser buenos aislantes. En el caso del condensador separa las dos láminas con carga eléctrica. La cantidad de carga eléctrica que almacena se mide en Faradios. Esta unidad es muy grande, por eso se suele utilizar el microfaradio, 10 elevado a menos 6 faradios. 1 µF = 10-6 F. También se usa una unidad menor el picofaradio, que son 10 elevado a menos 12 Faradios. 1 pF = 10-12 F. Esta cantidad de carga que puede almacenar un condensador, se llama Capacidad del Condensador y viene expresada por la siguiente fórmula: C=q/V q = a la carga de una de los dos placas. Se mide en Culombios. V = es la tensión o d.d.p entre los dos extremos o placas o lo que es lo mismo la tensión del condensador. Se mide en voltios. Según la fórmula un condensador con una carga de 1 Culombio y con una tensión de 1 Voltio, tendrá una capacidad de 1 Faradio. Como ya dijimos antes este condensador sería enorme, ya que 1 Faradio es una unidad de capacidad muy grande (ocuparía un área aproximada de 1.011m2, que en la práctica es imposible). Podríamos despejar la tensión del condensador en la fórmula anterior y quedaría: V=q/C

Condensadores en Serie

La tensión total es la suma de las tensiones de los 2 condensadores:

Vt = V1 + V2; en el caso del circuito de la figura Vab será la total. Recuerda que V1= q/C1, con esta formula podríamos sustituir las V en la anterior. La capacidad total de todo los condensadores en el circuito en serie sería: 1/C = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3.... hasta el número total de condensadores que tengamos conectado en serie. Condensadores en Paralelo

En este caso la tensión de carga de cada condensador es igual a la de la batería por estar en paralelo: Vab = V1 = V2 = V3 ....... La carga total almacenada en el circuito con todos los condensadores sería la suma de las cargas de todos los condensadores: Ct = C1 + C2 + C3 .......

¿Qué Es Un Condensador Eléctrico? Un condensador eléctrico (también conocido como capacitor) es un dispositivo capaz de almacenar carga eléctrica. Está compuesto por dos placas metálicas que no llegan a tocarse (de ahí su símbolo circuital) y entre las que se existe un elemento dieléctrico (una sustancia que conduce mal la electricidad), lo que genera una diferencia de voltaje entre ambas placas.

Como nota rápida en relación al símbolo circuital, decirte que si ves que no es simétrico o tiene un símbolo “+”, se trata de un condensador electrolítico. Éste tipo de condensadores tienen polaridad y debes conectarlos con la parte positiva (patilla larga) al voltaje positivo. Ya entraremos en más detalle, pero quería aclararlo cuanto antes porque puede ser peligroso.

La diferencia de voltaje es proporcional a la carga eléctrica que es capaz de almacenar el condensador. Esa proporcionalidad se mide mediante un valor conocido como capacitancia (C), cuya unidad es el Faradio (ese es el valor que puedes ver en tu condensador). Cuando una señal eléctrica llega hasta el condensador empieza a cargarlo. Una vez el capacitor se ha cargado por completo deja de conducir la corriente. Si dejas de aplicarle carga al condensador (o la que le aplicas es menor que la que ya tiene), el condensador empieza a descargarse liberando la energía eléctrica que tenía almacenada al circuito y conduciendo de nuevo la corriente. Puedes probar esto montando un circuito similar al que tienes en la imagen y midiendo con tu multímetro cómo sólo circula corriente al conectar y desconectar la pila, es decir, al cargar y descargar el condensador. Si en el circuito anterior modificas el valor de la resistencia, estarás cambiando el tiempo que tarda el condensador en cargarse (cuanto mayor sea la resistencia más tardará). Esto se debe a que la carga (Q) es el producto de la intensidad (I) por el tiempo (t) y al aumentar el valor de la resistencia estás reduciendo la corriente que pasa por el circuito. Ten en cuenta que, si después de cargar el condensador lo retiras del circuito, mantendrá la carga. Si se trata de un condensador grande, asegúrate de quitarle la carga antes de manipularlo. Si el capacitor que estás manipulando es electrolítico, debes conectarlo con la polaridad adecuada. Recuerda que en la mayoría de dispositivos la patilla más larga es el polo positivo. Además, en el caso de los condensadores

electrolíticos, puedes ver una franja negra que representa el polo negativo del condensador (… tú me dirás que ya te lo he dicho antes, yo te diré que es importante).

¿Para Qué Sirve un Condensador? Como te dije al principio, puedes encontrar estos elementos en casi cualquier circuito. Son dispositivos útiles siempre que se trabaja en régimen sinusoidal (AC). Algunas de las funciones que puede cumplir un condensador en un circuito son:       

Baterías. Memorias. Fuentes de alimentación. Filtros. Adaptación entre circuitos. Estabilización de tensión. etc.

Asociación de condensadores Al igual que las resistencias o los generadores eléctricos, los condensadores eléctricos de un circuito generalmente pueden asociarse de tal forma que pueden ser sustituidos por un único condensador cuyo funcionamiento es equivalente al producido por todos ellos. Este condensador recibe el nombre de condensador equivalente o resultante. Principalmente los condensadores se pueden asociar en serie, paralelo o una combinación de ambas llamadas mixta. Se denomina condensador equivalente al condensador resultante que se obtiene al asociar un conjunto de ellos.

Asociación de condensadores en serie Dos o más condensadores se dice que están en serie cuando cada una de ellos se sitúa a continuación del anterior a lo largo del hilo conductor de un circuito.

Una asociación en serie de n condensadores C1, C2, ..., CN es equivalente a sustituirlos por un único condensador en el que se cumple que su capacidad C es:

1C=1C1+1C2+...+1CN

Asociación de condensadores en paralelo Cuando dos o más condensadores se encuentran en paralelo, comparten sus extremos tal y como se muestra en la siguiente figura:

Una asociación en paralelo de n condensadores C1, C2, ..., CN es equivalente a sustituirlos por un único condensador en el que se cumple que su capacidad C es:

C=C1+C2+...+CN

DISPOSITIVOS QUE ALMACENAN ENERGIA ELECTRICA El almacenamiento de energía eléctrica en dispositivos se ha venido practicando dede los tiempos de la botella de Leyden. Parte de la energía almacenada en estos dispositivos puede liberarse mas tarde y suministrarse a una carga. Pieter van Musschenbroick, profesor de física en Leyden, Holanda, almaceno carga en una botella con agua. Esta carga podía liberarse después, para producir uan descarga o un choque. Habia llegado la botella de Leyden, el primer capacitor artificial, base de las primeros medios para almacenar carga eléctrica.

CAPACITODORES. Un capacitor es un elemento de ods terminales formado por dos placas conductoras separadas por un material no conductor. Un capacitor se puede usar como modelo de almacenamiento de carga en cualquier dispositivo. La mayoría de los capacitores usados en equipos electrónicos son lineales. Capacitancia. ES una medida de la propiedad de un dispositivo de almacenar energía en forma de cargas separadas o de un campo eléctrico

INDUCTOR Se define comlo un elemento de dos terminales formado por un embobinado de N vueltas, que introduce inductancia en un circuito eléctrico. Un inductor idela es una bobina con alambre sin resistencia Inductancia. Se define como la propiedad de un dispositivo eléctrico que hace que el paso de una corriente variable con el tiempo produzca un voltaje a través del mismo. Es una medida de la capacidad de un dispositivo para almacenar energía en fotma de un campo magnético CIircuitos eléctrico. Richard C. DORF y jAMES A. SVOBODA( 5ta edición).Alfaomega 2003. Colombia