Cómo Funciona un Inductor ⚡ Qué es un Inductor — Transcript

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1. 0:00el inductor o bobina es un componente electrónico capaz de almacenar energía
2. 0:05hasta ahora hemos visto como una batería puede almacenar energía mediante reacciones químicas
3. 0:10y también como un capacitor puede almacenar energía mediante la generación de un campo eléctrico
4. 0:15pero el inductor no utiliza ninguna de estas opciones
5. 0:18sino que almacena la energía en forma de un campo magnético
6. 0:21así que en este capítulo veremos cómo funciona un inductor
7. 0:26los inductores funcionan gracias a su forma de espiral
8. 0:29la cual aprovecha una mezcla de tres reglas o leyes que relacionan las corrientes eléctricas
9. 0:34con los campos magnéticos
10. 0:36así que vamos a analizar cada una de ellas por separado
11. 0:39y luego veremos su funcionamiento conjunto
12. 0:42la primera de ellas la descubrió Hanz Christian Oersted
13. 0:46y es que una corriente eléctrica
14. 0:47es decir, el movimiento de los electrones a través de un conductor
15. 0:50es capaz de generar un campo magnético
16. 0:53y debido a esta relación dependiente entre ambas características
17. 0:56es que también se usa comúnmente el término campo electromagnético
18. 1:01una forma de recordar la dirección de este campo electromagnético
19. 1:04es utilizando la regla de la mano derecha
20. 1:07en la cual, si apuntamos nuestro pulgar en la dirección de la corriente
21. 1:10entonces la dirección en que apuntan el resto de nuestros dedos
22. 1:13será la misma que la del campo magnético generado
23. 1:16aunque tengan cuidado con esta parte
24. 1:18porque si bien en la mayoría de mis vídeos represento la corriente eléctrica con electrones
25. 1:23que poseen carga negativa y se mueven del polo negativo de una fuente de voltaje hacia el polo positivo
26. 1:28ya que podríamos decir que técnicamente es la forma más correcta
27. 1:32en este vídeo usaremos la dirección de la corriente convencional
28. 1:35es decir representando cargas positivas moviéndose en la dirección contraria
29. 1:39no es una gran diferencia pero afecta el resultado al aplicar la regla de la mano derecha
30. 1:45la segunda ley es la ley de inducción electromagnética de Michael Faraday
31. 1:49la cual nos dice en términos simples
32. 1:50que la variación de un campo magnético puede inducir un voltaje
33. 1:54tal como lo vimos en el capítulo sobre generadores eléctricos
34. 1:57donde al mover un imán de manera cíclica cerca de un cable
35. 2:00se generaba una corriente alterna
36. 2:03pero hay que notar que cuando la ley de Faraday habla de una variación del campo magnético
37. 2:08no se refiere específicamente a una variación en su posición como en el ejemplo del generador
38. 2:13sino que puede ser también una variación en la fuerza de este campo magnético
39. 2:17más adelante vamos a ver por qué esto es importante
40. 2:20y por último en tercer lugar tenemos la ley de Heinrich Lenz
41. 2:23la cual nos dice que cuando generamos una corriente eléctrica mediante un campo magnético
42. 2:28como en el caso de los generadores
43. 2:30la dirección de esta corriente inducida es tal que genera un campo magnético
44. 2:33que se opone al campo magnético que la generó en primer lugar
45. 2:37ahora que entendemos esto
46. 2:38estamos listos para ver qué es lo que ocurre realmente en un inductor
47. 2:43cuando hacemos que pase una corriente eléctrica por un conductor en forma de espiral
48. 2:47esta corriente va a ir generando un campo magnético
49. 2:50el cual en un principio
50. 2:51cuando va en la parte recta del conductor no es tan fuerte
51. 2:55sin embargo a medida que va girando alrededor de la espiral
52. 2:58el campo magnético generado en cada vuelta se va sumando
53. 3:01ya que todos van en una misma dirección
54. 3:03es decir, podemos representar la sumatoria del campo magnético de todas las vueltas
55. 3:08como un único campo magnético más fuerte
56. 3:10y es aquí donde entra la Ley de Faraday y la Ley de Lenz
57. 3:13y las cosas se ponen interesantes
58. 3:17ya que este campo magnético no aparece instantáneamente
59. 3:19sino que va creciendo gradualmente
60. 3:22tendremos una variación de un campo magnético en el tiempo
61. 3:25la cual según la Ley de Faraday va a inducir un voltaje
62. 3:28pero no cualquier voltaje
63. 3:30según la Ley de Lenz
64. 3:31será un voltaje que se va a oponer a la corriente eléctrica que lo generó en primer lugar
65. 3:36en otras palabras a medida que el campo magnético esté creciendo
66. 3:40va a existir una resistencia al cambio
67. 3:42pero una vez que éste llege a su tamaño o fuerza máxima
68. 3:45esa resistencia al cambio va a desaparecer completamente
69. 3:48porque la Ley de Faraday sólo se aplica cuando hay una variación del campo magnético
70. 3:53en este punto cuando el campo magnético es constante
71. 3:56podríamos decir que la bobina va a actuar como si fuera un simple cable
72. 4:00pero cuando cortamos la corriente
73. 4:02el campo magnético vas a comenzar a perder su fuerza
74. 4:04es decir, nuevamente tendremos una variación en el campo magnético
75. 4:08el cual según la Ley de Faraday va a inducir un voltaje
76. 4:11pero esta vez, dado que está disminuyendo
77. 4:14la dirección de la corriente inducida irá en la otra dirección
78. 4:18el resultado de todo esto es que a pesar de haber cortado la corriente inicial
79. 4:22la cual era alimentada una batería o algo por el estilo
80. 4:25durante unos breves momentos
81. 4:27tendremos una corriente inducida por el campo magnético que habíamos generado en la bobina
82. 4:31y es precisamente por esto
83. 4:33que se dice que un inductor es capaz de almacenar energía en forma de un campo magnético
84. 4:38ahora que entendemos cómo funciona una bobina
85. 4:40veamos qué efecto genera en un circuito simple
86. 4:43pongan especial atención en el comportamiento de la lámpara en cada una de las etapas
87. 4:48cuando cerramos el circuito, la corriente tiene dos posibles caminos
88. 4:52sin embargo, debido a la resistencia inicial del conductor
89. 4:55la mayoría de esta corriente se va a ir por el camino más fácil
90. 4:58es decir por la lámpara
91. 5:00pero una vez que el campo magnético del inductor se estabiliza
92. 5:04y éste comienza a comportarse como un simple cable
93. 5:07prácticamente sin resistencia
94. 5:08el camino más fácil pasará a ser el del conductor
95. 5:11y la lámpara se apagará
96. 5:13después cuando abramos el circuito y se corte la corriente
97. 5:16el campo magnético perderá su fuerza
98. 5:18e inducirá una corriente
99. 5:20cuyo único camino es hacia la lámpara
100. 5:22por lo cual se encenderá nuevamente
101. 5:25claro que esto no durará por siempre
102. 5:26porque la lámpara actuará como una resistencia que dificulta el paso de la corriente
103. 5:30y también porque cuando los electrones vuelvan a pasar por el inductor
104. 5:34tendrán que luchar nuevamente con la resistencia de crear un campo magnético
105. 5:38y el ciclo continuará hasta que no hayan más electrones moviéndose
106. 5:41y el campo magnético en el inductor haya perdido toda su fuerza
107. 5:46si realizamos mediciones tanto del voltaje
108. 5:48como de la corriente que pasan por el inductor a lo largo de este ciclo
109. 5:51nos encontraremos con un comportamiento como éste
110. 5:58hasta este punto hemos hablado sobre cómo funcionan los inductores
111. 6:02pero no hemos hablado sobre cómo controlar el efecto del inductor en el circuito dónde estará ubicado
112. 6:07o en otras palabras, con qué fuerza cada inductor se opone a los cambios de estado
113. 6:12esta propiedad es conocida como inductancia
114. 6:15yse suele representar con una L en honor a Heinrich Lenz
115. 6:18y su unidad de medida son los en Henrios
116. 6:20en honor a Joseph Henry, que era otro científico más o menos de la misma época
117. 6:25y que se dedicó al estudio de los fenómenos electromagnéticos
118. 6:29esta unidad puede ser descrita de muchas formas dependiendo de que queramos hacer con ella
119. 6:33pero en términos generales es un valor que relaciona el efecto de la corriente aplicada
120. 6:38con el voltaje inducido y el campo magnético generado
121. 6:42la inductancia de una bobina depende de varios parámetros
122. 6:45así que vamos a analizar algunos de ellos
123. 6:47el primero y quizás el más fácil de entender
124. 6:50es la cantidad de vueltas que dará el cable
125. 6:52ya que en cada vuelta la corriente que pasa está generando un pequeño campo magnético
126. 6:57y mientras más vueltas tengamos
127. 6:59más de estos campos magnéticos iremos sumando a nuestro campo magnético total
128. 7:03con lo cual obtendremos una mayor inductancia
129. 7:07cabe destacar que obviamente este cable debe estar recubierto
130. 7:10de tal manera que el único camino posible para la corriente sea en espiral
131. 7:14si el cable no estuviera cubierto la corriente buscaría el camino más corto posible
132. 7:18y el campo magnético nunca se generaría
133. 7:21el segundo parámetro es la longitud del inductor
134. 7:24pues para que los campos magnéticos de cada espiral puedan sumarse efectivamente
135. 7:28éstas deben estar lo más cerca posible
136. 7:31de hecho para que recuerden esta relación
137. 7:33traten de pensar a la inversa
138. 7:35si la longitud fuera extremadamente grande
139. 7:37prácticamente terminaríamos con un cable
140. 7:40el cual sabemos que no actúa como un inductor
141. 7:42por lo tanto, a menor longitud o mientras más compacto sea el inductor
142. 7:47mayor será la inductancia
143. 7:49el tercer y cuarto parámetro están directamente relacionados
144. 7:52y son el área y el perímetro de cada vuelta del cable
145. 7:56una forma de entender su efecto es pensar en la distancia que debe recorrer la corriente
146. 8:00para terminar cada vuelta
147. 8:02si bien una corriente constante en un segmento de cable
148. 8:04va a generar siempre un campo magnético de la misma intensidad
149. 8:08si alargamos este segmento también lo hará el campo magnético
150. 8:12en otras palabras, mientras más grande sea la espira mayor será la inductancia
151. 8:17y finalmente el último parámetro del cual les quiero hablar
152. 8:20es la permeabilidad magnética del núcleo
153. 8:23hasta el momento he representado el centro de todas las bobinas como si estuvieran vacías
154. 8:28sin embargo, podemos agregar distintos materiales en el centro
155. 8:31para potenciar la creación del campo magnético
156. 8:34en términos simples
157. 8:35la permeabilidad magnética es un valor intrínseco de los materiales
158. 8:39y nos indica su capacidad de ser afectados por campos magnéticos
159. 8:43y por lo tanto a mayor permeabilidad magnética del núcleo mayor será la inductancia
160. 8:49puedan usar una fórmula como ésta
161. 8:50para calcular exactamente la inductancia de una bobina según estos parámetros
162. 8:55pero creo que es mucho más valioso que entiendan el razonamiento detrás del efecto de cada uno de ellos
163. 9:01debido a todas estas características
164. 9:03los inductores o bobinas son un elemento extremadamente versátil
165. 9:08si nos concentramos en su habilidad de generar una resistencia a los cambios de corriente
166. 9:13estos pueden ser utilizados en filtros de señales de una manera similar capacitores
167. 9:18o también para estabilizar la corriente entregada por una fuente de poder
168. 9:22por otro lado, si nos centramos en su habilidad para generar un campo magnético
169. 9:26los inductores pueden ser utilizados para mover otros elementos al actuar como un electroimán
170. 9:32que es exactamente lo que ocurre en un relé
171. 9:34además de esto, el campo electromagnético generado
172. 9:37también puede ser utilizado para inducir corrientes en otros inductores
173. 9:41como es el caso de los transformadores
174. 9:43o los dispositivos con carga inalámbrica
175. 9:46y como si esto no fuera suficiente
176. 9:48los inductores pueden ser utilizados también para calentar algunos metales
177. 9:51como en las cocinas de inducción
178. 9:53o en casos más extremos incluso para fundir metales
179. 9:58no prometo hablar de todas estas opciones
180. 10:00pero de seguro haré un vídeo con más detalles sobre algunas de ellas en el futuro
181. 10:04les recuerdo que pueden seguirme en mis distintas redes sociales
182. 10:07y que me pueden ayudar en Patreon si creen que el trabajo que realizó vale la pena
183. 10:11eso es todo por ahora y nos vemos en el próximo capítulo