INTRODUCCION

La bobina o inductor es un elemnto muy interesante. A diferencia del condensador o capacitor que almacena energia en forma de campo electrico, la bobina por su forma (espiras de alambres arrollados) almacena energia en forma de campo magnetico. Todo cable por el que circula una corriente tiene a su alrededor un campo magnetico generado por la corriente, siende el sentido de flujo del campo magnetico, el que se estable por la ley de la mano derecha.





En la bobina con nucleo de aire se ve que el valor de la inductancia de esta depende del número de vueltas (espiras), la longitud, el diametro, el grosor de la espira, etc.

El valor de la inductancia que se puede obtener es limitado cuando el nucleo es de aire.

Para poder incrementar el valor de la inductancia de una bobina, se coloca dentro de ella un nucleo metalico de caracteristicas magneticas muy especiales, que lo que hacen es reforzar el campo magnetico.

El material magnetico que se usa como nucleo de la bobina depende de la freacuencia a la que esta trabaja:

• Metal Solido: Para frecuencias muy bajas.
  

• Metal Laminado: Para frecuencias de 10Hz, algunos KHz.

• Nucleos de Polvo Metalico: Para frecuencias arriva de cientos de KHz o hasta varios Mhz.

• Nuclo de Aire: Frecuencias superiores a los 500MHz. En este caso el nucleo metalico se vuelve obsoleto.
  

BOBINA TOROIDAL

Una bobina toroidal consiste en un hilo conductor por el que circula una corriente a traves espiras envueltas sobre un soporte toroidal.






El eje del toriode consiste en una circunferencia de radio r, denominado radio mayor, radio medio o radio exterior del toroide. Su seccion transversal es con frecuencia un circulo de radio a <>

• Fuera del toroide:

B = 0

• Dentro del toroide: el campo B es uniforme y tiene la direccion del eje del toroide (Tangente a la circunferencia del toroide):

Siendo u_φ un vector unitario tangente a la circunferencia del eje del toroide.

Una propiedad particular del toroide es que se le considera "Auto-Blindado". Esto es por que las lineas de induccion magnetica tienden a estar circunscritas en su interior y no se dispersan como sucede en un solenoide.

El inductor toroidal no requiere de un nucleo ferromagnetico (nucleos cuya permeabilidad magnetica supera ampliamente el valor unidad) y puede construirselo perfectamente con un nucleo de aire como cualquier solenoide. En la frecuencias mas altas este metodo será particularmente facil de emplear por el menor número de espiras que se requieren.

La formula general para cualquier devanado toroidal de seccion rectangular o cuadrada es:





Siendo mr la permeabilidad relativa del material del nucleo (una parte aire, plastico, mader, etc.).

El Factor De Inductancia AL

En general los fabricantes del material magnetico toroidal proveen un dato que simplifica los calculos. Es el número "AL" llamado factor o indice de inductancia. No tiene nada de especial y surge de la ecuacion general de la inductancia para un toroide, acomodada para que los calculos sean mas sencillos de realizar manualmente. El número AL representa:

"mH cada 1000 espiras" ó "mH cada 100 espiras" ó "nH cada por espira"

De esta manera es muy facil averiguar la inductancia o calcular el número de espiras.

• Para calcular la inductancia:

Cuando AL viene dado en mH/100 esp.

• Para calcular el número de espiras:

Cuando viene dado en

BOBINA SOLENOIDAL

Una bobina solenoide consiste en un conjunto de espras por las que circula una corriente I arrolladas sobre un soporte cilindrico de radio A y altura L.

Se define la densidad de espiras n del solenoide como el número de espiras por unodad de longitud:

n = N/L

Por otra parte, para calcular el número de espiras, conociento el diametro y la longitud del bobina podemos emplear la ecuacion:




Para calcular un inductor del tipo solenoide emplearemos la formula de Harold Wheeler:




Siendo n el número de espiras, D el diametro de la bobina en mm, y L la longitud del bobinado.

Por solenoide ideal entendemos que el radio A del solenoide es muy pequeño en comparacion con su altura (a <<>

Fuera del solenoide (r > a):

B = 0

Siendo r la distancia al eje solenoide.

• Dentro del solenoide (r <>

Donde se ha supuesta que el eje Z coincide con el eje del solenoide (K es el vector unitario en direccion Z).

El modulo del campo magnetico dentro de soleniode puede ser calculado con la ecuacion:


Donde:

• U0 : El coeficiente de permeabilidad.
• n : Desidad de espiras del solenoide.
• i : Corriente que circula.
  

Este tipo de bobinas es utilizado para accionar un tipo de valvula, llamda valvula solenoide, que responde a pulso electricos de acuerdo a su apertura y cierre. Eventualmente controlada por un programa, su aplicacion mas recurente en la actualidad, tiene relacion con sistemas de regulacion hidraulica y neumatica.

TRANSFORMADOR (Induccion Mutua)

1. El fenomeno de induccion mutua consiste en que todos los conductores que se encuentran cerca de otros cuyas corrientes varian con el tiempo, se induce una f.e.m de induccion. por ejemplo, al variar la corriente I1 en el primer circuito representado en la figura, en el segundo se induce una f.e.m de induccion mutua E2 (epsilon sub 2) y aparece una corriente de induccion y tenemos que:

















Donde φm21 es el flujo magnetico de campo de la corriente I1 a traves de la superficie abarcada por el segundo contorno.


2. El flujo magnetico φm21 es proporcional a la corriente I1:

Donde M21 es el coeficiente de conduccion mutua de los contornos primero y segundo. M21 depende de la forma geometrica , de las dimensiones y disposicion mutua de los contornos, y de la permeabilidad magnetica relativa del medio en que se hallen los conductores.

Analogamente tenemos que φm12 = M12 * I2 , es la corriente en el segundo contorno; φm12, el flujo magnetico del campo de la corriente I2 a traves de la superficie abarcada por el primer contorno, M12, el coeficiente de induccion mutua de los contornos primero y segundo.



3. La expresion de la f.e.m. de induccion mutua es:



Ejemplo:

Para elevar o bajar la tension de una corriente alterna se usa el transformador, cuyo principio de accion se basa en el fenomeno de induccion mutuo. El campo magnetico alterno de corriente I1 de arrollomiente primario engendra una f.e.m. de induccion mutua en el arrollamiento secundario. El nucleo asegura una considerable induccion mutua M21 del transformador, que se encarga (cuando I2 = 0 ) , es:






Donde N1 y N2 son la cantidad de espiras de los arrollamiento primarios y secundarios, y Rm, la reluctancio del nucleo.

La relacion de los valores absolutos de las tensiones U1 y U2 en los extremos de los arrollamientos primario y secundario en vacio (sin carga) se denmina relacion de transferencia: