Inductancia Mutua: Un Principio Fundamental de la Electromagnetismo
La inductancia es una propiedad fundamental de un conductor eléctrico, destacando su capacidad para almacenar energía en un campo magnético cuando una corriente eléctrica fluye a través de él. Representada habitualmente por el símbolo «L», la inductancia se mide en henrios (H). Al fluir corriente a través de un conductor, se genera un campo magnético a su alrededor. Si la corriente varía, el campo magnético también lo hace, induciendo una fuerza electromotriz (FEM) o voltaje a través del conductor, que se opone al cambio de corriente. Este fenómeno, conocido como inducción electromagnética, es la base del concepto de inductancia.
Tipos de Inductancia
La inductancia se clasifica en dos tipos principales: autoinductancia y inductancia mutua.
Autoinductancia
La autoinductancia se refiere a la inductancia de un solo conductor o bobina, donde el campo magnético cambiante generado por la corriente que fluye a través del conductor induce un voltaje en el mismo conductor. Este voltaje, conocido como FEM autoinducida, se opone a cualquier cambio en la corriente. La autoinductancia de una bobina depende principalmente de su forma, tamaño, número de vueltas y del material del núcleo sobre el cual está enrollada.
Inductancia Mutua
La inductancia mutua ocurre cuando dos o más conductores o bobinas se colocan próximos entre sí, y el campo magnético cambiante generado por la corriente en un conductor induce un voltaje en los otros conductores. Este voltaje, conocido como FEM mutuamente inducida, depende de la orientación relativa y distancia entre los conductores, así como de su inductancia individual.
Inducción Mutua: El Principio de los Transformadores
La inducción mutua es un fenómeno en el cual un cambio en la corriente que fluye a través de una bobina (llamada bobina primaria) induce una fuerza electromotriz (FEM) en otra bobina cercana (llamada bobina secundaria). Esto se debe al acoplamiento magnético entre las bobinas, ya que el campo magnético generado por la bobina primaria interactúa con las vueltas de la bobina secundaria.
La inductancia mutua (M) es una medida de la eficacia de este acoplamiento magnético entre dos bobinas. Se define como la relación de la FEM inducida en la bobina secundaria con la tasa de cambio de corriente en la bobina primaria:
EMFsecundaria = -M * (dIprimaria / dt)
Donde M es la inductancia mutua, medida en henrios (H), y (dIprimaria / dt) es la tasa de cambio de corriente en la bobina primaria.
La inductancia mutua entre dos bobinas depende de factores como el número de vueltas en cada bobina, la distancia entre las bobinas, la geometría y orientación de las bobinas, y el material del núcleo compartido por las bobinas. Para dos bobinas con forma de solenoide y un núcleo compartido, la inductancia mutua se puede calcular usando la siguiente fórmula:
M = μ * N1 * N2 * A / l
Donde M es la inductancia mutua (H), μ es la permeabilidad del material del núcleo (H/m), N1 es el número de vueltas en la bobina primaria, N2 es el número de vueltas en la bobina secundaria, A es el área de sección transversal del núcleo (m2) y l es la longitud de las bobinas (m).
Es importante señalar que la fórmula mencionada anteriormente es una aproximación y asume que las bobinas tienen la misma geometría, están estrechamente enrolladas y comparten un eje común. También presupone que el campo magnético está confinado al material del núcleo y no tiene en cuenta el flujo de fuga.
La inducción mutua es el principio fundamental detrás de los transformadores, utilizados para aumentar o disminuir los voltajes de corriente alterna en diversas aplicaciones, como la transmisión de energía y el aislamiento de señales. La eficiencia de un transformador depende del grado de acoplamiento magnético entre las bobinas primarias y secundarias, relacionado directamente con la inductancia mutua.
