10.5: Resumen

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Este capítulo ha extendido el material presentado en el Capítulo 9 sobre la inductancia al reino de los circuitos magnéticos. Comenzamos con el concepto de inducción electromagnética, que en términos simples establece que si un conductor experimenta líneas de fuerza magnéticas cambiantes, entonces se induciría una tensión en ese conductor. Este concepto es explotado por una serie de diferentes dispositivos que incluyen motores eléctricos, generadores, relés, altavoces, micrófonos y otros transductores y sensores. Por ejemplo, los altavoces dinámicos y los micrófonos hacen uso de una bobina de alambre suspendida en un campo magnético fijo. En el caso del altavoz, la señal alimentada a la bobina crea un campo magnético cambiante que interactúa con el campo del imán permanente y provoca que un diafragma unido vibre contra el aire, lo que a su vez crea sonido. Un micrófono dinámico funciona de manera opuesta. Las ondas sonoras hacen que un diafragma vibre hacia adelante y hacia atrás. Este diafragma está unido a una bobina, y el movimiento de la bobina dentro del campo del imán permanente provoca que se induzca un voltaje en la bobina. Este voltaje puede entonces ser amplificado por circuitos electrónicos.

Los circuitos magnéticos se construyen creando una o más bobinas de alambre envueltas alrededor de un núcleo que está hecho de un material ferromagnético como el acero. Una parte clave del análisis de circuitos magnéticos es la ley de Hopkinson (también llamada ley de Rowland), que es la versión de circuito magnético de la ley de Ohm. En esta analogía, el flujo magnético se comparaba con el flujo de corriente, la reluctancia magnética representa la resistencia y la fuerza magnetomotiva es análoga a la fuerza electromotriz (es decir, voltaje). Además, la fuerza magnetomotiva es el producto del número de vueltas en una bobina y la corriente a través de dicha bobina, o\(NI\). Cuando la corriente pasa a través de la bobina, se crea una fuerza de magnetización y un flujo magnético asociado.\(H\) Ante esto, el material del núcleo tendrá una densidad de flujo correspondiente,\(B\). El vínculo entre\(B\) y\(H\) se encuentra a través de una\(BH\) curva para ese material en particular. \(BH\)las curvas no son lineales para materiales ferromagnéticos. También exhiben histéresis, lo que significa que la historia operativa reciente del material juega un papel en su estado actual. Cada elemento del núcleo tiene una cierta reluctancia y por lo tanto exhibe una “caída de voltaje” análoga. Estas “gotas” deben sumarse a las\(NI\) “subidas” de la (s) bobina (s), en una analogía KVL.

Los transformadores utilizan una o más bobinas primarias para transformar un voltaje de entrada en uno más voltajes de salida que aparecen en las bobinas secundarias. La relación entre el número de vueltas de la bobina primaria y el número de vueltas de la bobina secundaria se denomina relación de vueltas,\(N\). El voltaje secundario es igual al voltaje primario dividido por\(N\) mientras que la corriente secundaria es igual a los tiempos de corriente primaria\(N\). Si\(N\) es mayor que uno, tenemos un transformador reductor (reduciendo el voltaje), y si\(N\) es menor que uno, tenemos un transformador elevador (aumentando el voltaje). Idealmente, los transformadores no disipan la energía. Por lo tanto, no tienen una potencia nominal, sino que tienen una clasificación VA (volt-amps) para indicar su capacidad. Los transformadores también se pueden utilizar para la adaptación de impedancia para aumentar la eficiencia de un sistema. La impedancia vista por la fuente en el primario es igual a la impedancia secundaria multiplicada por el cuadrado de la relación de vueltas. A esto se le llama impedancia reflejada.

Preguntas de revisión

1. Describir el concepto de inducción electromagnética.

2. Describir la ley de Ohm para circuitos magnéticos (ley de Hopkinson o Rowland).

3. Describir la histéresis.

4. Definir magnetismo residual y coercitividad.

5. Describe el funcionamiento de un relé.

6. ¿Cuáles son algunos de los usos de los transformadores?

7. ¿Qué es la relación de giros? ¿Cómo afecta el voltaje y la corriente en el primario y secundario?

8. ¿Cuál es la diferencia entre un transformador elevador y un transformador reductor?

9. ¿Qué es la impedancia reflejada?