Inductor para niños
Datos para niños Bobina |
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 Inductores de bajo costo.
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| Tipo | Pasivo | |
| Principio de funcionamiento | Inducción electromagnética | |
| Invención | Michael Faraday (1831) | |
| Símbolo electrónico | ||
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Un inductor, también conocido como bobina o reactor, es un componente especial que se usa en los circuitos eléctricos. Su función principal es almacenar energía en forma de campo magnético. Esto lo hace gracias a un fenómeno llamado autoinducción.
Imagina un cable enrollado muchas veces, como un resorte. Eso es una bobina. Cuando la corriente eléctrica pasa por este cable enrollado, crea un campo magnético a su alrededor. Si la corriente cambia, el campo magnético también cambia. Este cambio en el campo magnético genera una fuerza electromotriz (una especie de tensión) en el cable.
Esta tensión extra siempre intenta oponerse al cambio de corriente que la causó. Por eso, las bobinas son como "guardianes" de la corriente: no les gustan los cambios bruscos.
La capacidad de una bobina para oponerse a los cambios de corriente se mide con algo llamado inductancia. La unidad de medida de la inductancia es el «henrio» (H), en honor al científico Joseph Henry. Las bobinas pueden tener valores de inductancia muy pequeños (como 1 microhenrio) hasta valores más grandes (como 20 henrios).
Muchas bobinas tienen un núcleo magnético hecho de materiales como hierro o ferrita dentro del enrollado. Esto ayuda a que el campo magnético sea mucho más fuerte y, por lo tanto, aumenta la inductancia de la bobina.
Las bobinas son muy importantes en la corriente alterna (CA), especialmente en aparatos de radio. Se usan para bloquear la corriente alterna de alta frecuencia y dejar pasar la corriente continua (CC). También se emplean en filtros para separar señales de diferentes frecuencias y, junto con los condensadores, forman circuitos sintonizados que permiten a las radios y televisores elegir una emisora específica.
Contenido
¿Cómo funciona una bobina?
Cuando la corriente eléctrica fluye por un cable, crea un campo magnético a su alrededor. Si enrollamos el cable en forma de espiral o hélice, el campo magnético se concentra y se hace más fuerte. Cuantas más vueltas tenga la bobina, mayor será su inductancia.
La inductancia de una bobina no solo depende del número de vueltas, sino también de su forma, la distancia entre las espiras y el material que tenga en su interior (el "núcleo"). Si se añade un núcleo de material ferromagnético (como hierro) dentro de la bobina, este material se magnetiza y aumenta el campo magnético. Esto puede multiplicar la inductancia de la bobina miles de veces.
¿De qué están hechas las bobinas?
Una bobina suele estar hecha de un cable enrollado, como alambre de cobre esmaltado. Algunas bobinas tienen un "núcleo de aire" (solo aire dentro del enrollado), mientras que otras tienen un núcleo de material ferroso para aumentar su capacidad de magnetismo.
También se pueden fabricar bobinas muy pequeñas dentro de los circuitos integrados, usando los mismos procesos que se usan para hacer microprocesadores. En estos casos, se usa aluminio como conductor. Sin embargo, es más común usar un circuito especial llamado "girador" que hace que un condensador se comporte como una bobina.
Las partes principales de una bobina son:
- Devanado inductor: Es el cable enrollado que produce el campo magnético cuando pasa la corriente.
- Núcleo: Es la parte central, a menudo de material magnético, alrededor de la cual se enrolla el cable.
- Culata, pieza polar y expansión polar: Son partes del circuito magnético que ayudan a dirigir el flujo magnético.
- Polo auxiliar o de conmutación: Un polo extra que mejora el funcionamiento en máquinas grandes.
Para frecuencias muy altas, se pueden hacer bobinas pequeñas pasando un cable a través de un cilindro de ferrita.
Energía que guardan las bobinas
Las bobinas pueden guardar energía en su campo magnético cuando la corriente aumenta. Luego, devuelven esa energía cuando la corriente disminuye. La cantidad de energía que una bobina puede almacenar depende de su inductancia y de la cantidad de corriente que la atraviesa.
Las bobinas en los circuitos
Una característica importante de las bobinas es que la corriente y el campo magnético que producen no pueden cambiar de golpe. Si intentaras que cambiaran instantáneamente, la tensión en la bobina se volvería infinita, lo cual es imposible. Por eso, cuando desconectas un circuito con una bobina, a veces ves una pequeña chispa en el interruptor. Esto ocurre porque la bobina intenta mantener la corriente fluyendo.
Si una bobina no es "ideal" (es decir, tiene una pequeña resistencia interna), la tensión que se le aplica se divide entre esa resistencia y la tensión que la bobina genera para oponerse al cambio de corriente.
¿Cómo se comportan con corriente alterna?
En corriente alterna, una bobina ideal "resiste" el paso de la corriente de una manera especial, llamada reactancia inductiva. Esta resistencia depende de la frecuencia de la corriente alterna y de la inductancia de la bobina.
Lo interesante es que la corriente en una bobina se "retrasa" 90 grados respecto a la tensión aplicada. Esto significa que la corriente alcanza su punto máximo un poco después de que la tensión lo haga.
¿Cómo se conectan las bobinas?
Las bobinas se pueden conectar de varias maneras en un circuito, al igual que las resistencias:
- En serie: Si conectas varias bobinas una tras otra, la inductancia total es la suma de las inductancias individuales.
- En paralelo: Si las conectas en paralelo, la inductancia total se calcula de una forma más compleja, pero el resultado es menor que la inductancia de cualquiera de ellas por separado.
Comportamiento de una bobina: ideal vs. real
Con corriente continua (CC)
Una bobina "ideal" (perfecta) en corriente continua se comporta como un cable normal, sin resistencia. Esto es porque la corriente continua no cambia con el tiempo, así que no hay autoinducción.
Sin embargo, una bobina "real" sí tiene una pequeña resistencia debido al cable con el que está hecha. Cuando conectas o desconectas un circuito con una bobina, ocurren fenómenos electromagnéticos que afectan la corriente.
Con corriente alterna (CA)
Cuando conectas una bobina a una fuente de corriente alterna (que cambia constantemente), la bobina genera una tensión que se opone a esos cambios. Si la corriente aumenta, la bobina intenta frenarla; si disminuye, intenta mantenerla.
Debido a esta oposición, la corriente en una bobina se retrasa 90 grados respecto a la tensión aplicada. Esto es una característica clave de las bobinas en circuitos de CA.
Las bobinas reales en CA también tienen en cuenta la resistencia de su cableado, lo que las hace un poco diferentes de las bobinas ideales.
¿Qué pasa si se interrumpe el circuito de una bobina?
el interruptor se abre dejando la inductancia oscilar con las capacitancias parásitas.Cuando se interrumpe la corriente en una bobina (por ejemplo, abriendo un interruptor), la bobina intenta mantener la corriente fluyendo. Como la corriente no puede detenerse de golpe, busca otros caminos. En la bobina misma, existen pequeñas capacidades "parásitas" (no intencionales) entre las vueltas del cable. La corriente empieza a circular por estas capacidades, cargándolas.
Esto crea un circuito LC (bobina-condensador) que empieza a oscilar. La tensión en la bobina puede volverse muy alta, mucho más alta que la tensión original del circuito. Si esta tensión es demasiado grande, puede causar chispas (llamadas arcos eléctricos) entre las vueltas de la bobina o en el interruptor.
Estos arcos pueden ser peligrosos o útiles, dependiendo de la situación. Por ejemplo, en la soldadura al arco, se usan arcos eléctricos para fundir metales. Pero en un circuito normal, los arcos no deseados pueden dañar los componentes o causar incendios.
A veces, si tocas los terminales de una bobina justo después de desconectarla de una fuente de corriente, puedes sentir una pequeña descarga. Esto ocurre porque la bobina intenta descargar la energía que tenía guardada a través de tus dedos.
Tipos de inductores
Inductor de núcleo de aire
Estos inductores no tienen un núcleo magnético de metal. El cable se enrolla alrededor de plástico, cerámica o simplemente en el aire. Tienen una inductancia menor que las bobinas con núcleo de metal, pero son muy útiles para frecuencias altas. Esto se debe a que no tienen las "pérdidas en el núcleo" que sí ocurren en los núcleos ferromagnéticos.
Inductor de radiofrecuencia (RF)
A frecuencias muy altas, como las de la radio, los inductores pueden tener más resistencia y otras pérdidas de energía. Para minimizar estas pérdidas, los inductores de RF (que suelen ser de núcleo de aire) se construyen de formas especiales.
Inductor de núcleo ferromagnético
Estos inductores usan un núcleo magnético hecho de materiales como hierro o ferrita. Este núcleo puede aumentar la inductancia de la bobina miles de veces. Sin embargo, estos materiales también pueden causar algunos efectos secundarios:
Pérdidas en el núcleo
Cuando la corriente en una bobina con núcleo ferromagnético cambia, el campo magnético en el núcleo también cambia. Esto causa pérdidas de energía en el material del núcleo, que se convierten en calor. Hay dos tipos principales de pérdidas:
- Corrientes de Foucault: El campo magnético cambiante puede crear pequeñas corrientes eléctricas dentro del núcleo metálico. Estas corrientes generan calor.
- Histéresis: Cambiar el campo magnético en el núcleo también gasta energía debido al movimiento de las pequeñas partes magnéticas dentro del material.
Saturación
Si la corriente que pasa por una bobina con núcleo magnético es demasiado alta, el núcleo puede "saturarse". Esto significa que ya no puede aumentar más su magnetismo. Cuando esto sucede, la inductancia de la bobina cae y la corriente puede aumentar mucho, lo que puede distorsionar las señales eléctricas.
Desmagnetización por temperatura (Punto de Curie)
Si la temperatura de un núcleo ferromagnético sube mucho, sus propiedades magnéticas pueden desaparecer temporalmente. La inductancia de la bobina disminuye y la corriente aumenta, de forma similar a la saturación. Este efecto es reversible: cuando la temperatura baja, el núcleo recupera sus propiedades magnéticas.
Inductor de núcleo laminado
Los inductores para bajas frecuencias a menudo usan un núcleo laminado (hecho de muchas láminas delgadas de metal aisladas entre sí). Esto ayuda a evitar las corrientes de Foucault y reduce las pérdidas de energía.
Inductor de núcleo de ferrita
Para frecuencias más altas, se usan núcleos de ferrita. La ferrita es un material cerámico que no conduce la electricidad, por lo que no se forman corrientes de Foucault en su interior.
Inductor de núcleo toroidal
Un inductor toroidal tiene un núcleo en forma de rosquilla. Esta forma ayuda a que el campo magnético se mantenga dentro del núcleo, sin escapar al aire. Esto hace que el inductor sea más eficiente y genere menos interferencia electromagnética con otros componentes.
Inductor variable
Estos inductores permiten cambiar su inductancia. El tipo más común tiene un núcleo de ferrita que se puede mover (deslizar o atornillar) dentro o fuera de la bobina. Al mover el núcleo, se cambia la inductancia. Esto es útil para "sintonizar" circuitos, como en las radios.
Otro tipo de inductor variable es el "variómetro". Consiste en dos bobinas, una dentro de la otra. Al girar la bobina interior, se cambia la inductancia total. Se usaba en sintonizadores de antena de radios antiguas.
Bobina de choque
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Una bobina de choque es un inductor diseñado para bloquear la corriente alterna de alta frecuencia, mientras permite el paso de la corriente continua o de señales de baja frecuencia. Como "estrangula" (resiste) los cambios de corriente, se le llama "choque". Suelen ser bobinas de cable enrollado sobre un núcleo magnético, o a veces una "cuenta" de ferrita ensartada en un cable.
Véase también
En inglés: Inductor Facts for Kids
- Solenoide.
- Bobina del encendido.
- Bobina de Rogowski.
