Bachillerato a distancia Induccion mutua y transformadores

La inducción entre dos circuitos distintos podemos cuantificarla de forma similar a como hemos hecho con un único circuito. El flujo magnético que atraviesa el circuito 1, debido a la corriente eléctrica que circula por el 2, es proporcional a ésta, y podemos escribir:



en donde M12, denominado inductancia mutua o coeficiente de inducción mutua depende de las características de ambos circuitos. De la expresión anterior se deduce que la inductancia mutua se mide en las mismas unidades que la inductancia, es decir, en henrios
Transformadores

Calculemos M12  para dos solenoides de longitud l, uno en el interior del otro. Supongamos que el solenoide 1 tiene n1 espiras por unidad de longitud, y está en el interior del 2, que posee n2 espiras por unidad de longitud. El campo magnético producido por el circuito 2 es μ0n2I2 y el coeficiente M12 vale:
Inductancia mutua

Igualmente, el flujo a través del solenoide 2, debido a la corriente en el 1, se puede escribir como φ2I1 Se encuentra, por un cálculo similar al anterior, que el valor de M21 es igual al de M12  Se trata, de hecho, de un resultado muy general: la inductancia mutua de un primer circuito con otro segundo es siempre igual a la del segundo circuito con el primero, sean cuales sean los circuitos.

Transformadores

Una corriente variable en un circuito genera otra en un circuito cercano, debido a la inducción magnética, y se produce un intercambio de energía entre ambos circuitos. Los transformadores se basan en este principio.

Un transformador es un dispositivo que cambia el voltaje (o tensión) de la corriente eléctrica alterna. Un esquema básico de transformador lo constituye el conjunto de los dos solenoides considerados anteriormente. Supongamos que uno de los solenoides, que denominaremos primario, es alimentado por un generador con una fuerza electromotriz ε1. Llamemos φ0 al flujo magnético que origina y que, a su vez, atraviesa cada espira del circuito primario. En dicho circuito, la suma de la fuerza electromotriz aplicada y la inducida habrá de ser igual a cero, si suponemos que no hay pérdidas. De acuerdo con la ley de Faraday, la fuerza electromotriz inducida es -N10/dt, en donde N1 es el número de espiras del circuito. Así, la fuerza electromotriz aplicada es: 

Los solenoides se diseñan de forma que el flujo que atraviesa una espira del primario sea prácticamente el mismo que el que atraviesa una del secundario. La fuerza electromotriz inducida en el circuito secundario es entonces igual a:

siendo N2 el número de espiras del solenoide secundario. Comparando estas dos ecuaciones, obtenemos que la fuerza electromotriz que el transformador aplica en el circuito secundario es:

El cociente N2/N1 determina el valor del voltaje de salida del transformador.

Los transformadores son muy importantes en la distribución de la electricidad, pues proporcionan, con pérdidas energéticas bajísimas, cambios de tensión. El transporte de la energía eléctrica a grandes distancias es mejor con tensiones altas, porque las pérdidas son mucho menores. El consumo doméstico e industrial es más conveniente a tensiones bajas, por motivos prácticos, sobre todo. Los transformadores permiten que el cambio de tensión de la corriente alterna no sea ningún problema, y siempre se pueda utilizar la más apropiada a cada situación o aparato.

Como veremos en los próximos posts, la potencia de la corriente alterna es proporcional al producto de la intensidad por la diferencia de potencial. La conservación de la energía nos asegura que la potencia en el circuito primario ha de ser la misma que en el secundario. En consecuencia, la intensidad ha de cambiar de un circuito a otro en el factor inverso al cambio de voltaje:

En la práctica, los solenoides no son concéntricos, sino que están arrollados a un núcleo de hierro, tal como aparece en la ilustración. El núcleo de hierro aumenta el campo magnético inducido y hace que las líneas de campo de éste estén encerradas en su interior. El flujo magnético que atraviesa cada espira del primario y del secundario es el mismo y la deducción anterior sigue siendo válida.


0 comentarios:

Publicar un comentario