Una bobina es un elemento en un circuito eléctrico cuya principal característica es que almacena energía electromagnética en su campo magnético. Este hecho dota a las bobinas de varias valiosas e interesantes características.
La forma más elemental de una bobina se construye arrollando un hilo, normalmente de cobre, sobre un núcleo de material que no tiene porqué ser ferromagnético (figura 1).
La representación de una bobina en los esquemas eléctricos se realiza con el siguiente símbolo (figura 2)
La propiedad de una bobina que es de interés para el análisis de los circuitos eléctricos se conoce como inductancia. La inductancia se define por una de las siguientes ecuaciones $$u(t)=L\cdot\dfrac{di(t)}{dt}\quad ;\quad i(t)=\dfrac{1}{L}\int_0^t u(\tau) d\tau +i(0)$$ La unidad de la inductancia es henrios $(H)$ en honor al físico americano Joseph Henry.
Cuando dos bobinas están arrolladas sobre el mismo núcleo o lo suficientemente próximas entre sí, un cambio en la corriente de una de ellas induce un voltaje en la otra, es decir, las bobinas están acopladas. Este efecto es el fundamento del funcionamiento de los transformadores eléctricos.
El símbolo cuando dos bobinas acopladas magnéticamente se muestra en la figura 3.
Los puntos (terminales correspondientes) determinan el sentido de la corriente de la bobina acoplada sobre la bobina de estudio. El sentido de la corriente se tiene observando si la corriente es entrante o saliente al terminal correspondiente en la bobina acoplada.
La figura 3 muestra los sentidos de las corrientes que atraviesan las bobinas. Las ecuaciones que modelan las bobinas acopladas son $$u_1(t)=L_1\cdot\dfrac{di_1(t)}{dt}+M\cdot\dfrac{di_2(t)}{dt}\\ u_2(t)=M\cdot\dfrac{di_1(t)}{dt}+L_2\cdot\dfrac{di_2(t)}{dt}$$ En el caso de la figura 4, donde también se muestran los sentidos de las corrientes que atraviesan a las bobinas, las ecuaciones que modelan las bobinas acopladas son $$u_1(t)=L_1\cdot\dfrac{di_1(t)}{dt}-M\cdot\dfrac{di_2(t)}{dt}\\ u_2(t)=-M\cdot\dfrac{di_1(t)}{dt}+L_2\cdot\dfrac{di_2(t)}{dt}$$
A diferencia de las resistencias eléctricas, las bobinas no disipan energía ya que la energía absorbida por una bobina se almacena, total o parcialmente, en su campo magnético.
La forma más elemental de una bobina se construye arrollando un hilo, normalmente de cobre, sobre un núcleo de material que no tiene porqué ser ferromagnético (figura 1).
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| Fig. 1 Bobina. |
La representación de una bobina en los esquemas eléctricos se realiza con el siguiente símbolo (figura 2)
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| Fig. 2 Representación del elemento bobina. |
La propiedad de una bobina que es de interés para el análisis de los circuitos eléctricos se conoce como inductancia. La inductancia se define por una de las siguientes ecuaciones $$u(t)=L\cdot\dfrac{di(t)}{dt}\quad ;\quad i(t)=\dfrac{1}{L}\int_0^t u(\tau) d\tau +i(0)$$ La unidad de la inductancia es henrios $(H)$ en honor al físico americano Joseph Henry.
Cuando dos bobinas están arrolladas sobre el mismo núcleo o lo suficientemente próximas entre sí, un cambio en la corriente de una de ellas induce un voltaje en la otra, es decir, las bobinas están acopladas. Este efecto es el fundamento del funcionamiento de los transformadores eléctricos.
El símbolo cuando dos bobinas acopladas magnéticamente se muestra en la figura 3.
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| Fig. 3 Representación del elemento bobina cuando está acoplada con otro elemento bobina |
La figura 3 muestra los sentidos de las corrientes que atraviesan las bobinas. Las ecuaciones que modelan las bobinas acopladas son $$u_1(t)=L_1\cdot\dfrac{di_1(t)}{dt}+M\cdot\dfrac{di_2(t)}{dt}\\ u_2(t)=M\cdot\dfrac{di_1(t)}{dt}+L_2\cdot\dfrac{di_2(t)}{dt}$$ En el caso de la figura 4, donde también se muestran los sentidos de las corrientes que atraviesan a las bobinas, las ecuaciones que modelan las bobinas acopladas son $$u_1(t)=L_1\cdot\dfrac{di_1(t)}{dt}-M\cdot\dfrac{di_2(t)}{dt}\\ u_2(t)=-M\cdot\dfrac{di_1(t)}{dt}+L_2\cdot\dfrac{di_2(t)}{dt}$$
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| Fig. 4 Representación del elemento bobina cuando está acoplada con otro elemento bobina |
El estudio del elemento bobina en un régimen estacionario en corriente continua determina que su comportamiento es como un cortocircuito, a diferencia de los condensadores que son circuitos abiertos, ya que una vez finalizados los transitorios electromagnéticos, se tiene que $\dfrac{di(t)}{dt}=0$, luego $$u(t)=L\cdot\dfrac{di(t)}{dt}=L\cdot 0=0$$ Por tanto, $u(t)=0$ lo que es equivalente a un cortocircuito.
El estudio del comportamiento del elemento bobina en un régimen estacionario senoidal muestra que la tensión está adelantada $\pi/2$ respecto a la intensidad. En efecto, si se somete a una bobina a una tensión $u(t)=A\cdot\sin (\omega\cdot t +\varphi)$, la intensidad que recorrerá la bobina será $i(t)=-\dfrac{A}{\omega\cdot L}\cdot\cos(\omega\cdot t +\varphi)$. La potencia será el producto de $u(t)$ e $i(t)$, siendo su valor medio $p_{med}=0$ (no disipan energía). La evolución en el tiempo de la tensión, intensidad y potencia para una bobina en régimen estacionario senoidal se muestran en la figura 5.
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| Fig. 5 Evolución en el tiempo de la tensión, intensidad y potencia en una bobina en régimen estacionario senoidal. |
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