16.3: Respuesta transitoria del inductor

Los inductores tienen exactamente las características opuestas de los capacitores. Mientras que los condensadores almacenan energía en un campo eléctrico (producido por el voltaje entre dos placas), los inductores almacenan energía en un campo magnético (producido por la corriente a través del cable). Así, mientras que la energía almacenada en un condensador intenta mantener una tensión constante a través de sus terminales, la energía almacenada en un inductor intenta mantener una corriente constante a través de sus devanados. Debido a esto, los inductores se oponen a los cambios de corriente, y actúan precisamente al contrario de los condensadores, que se oponen a los cambios de voltaje. Un inductor completamente descargado (sin campo magnético), que tiene corriente cero a través de él, actuará inicialmente como un circuito abierto cuando se une a una fuente de voltaje (ya que trata de mantener corriente cero), disminuyendo el voltaje máximo a través de sus cables. Con el tiempo, la corriente del inductor aumenta al valor máximo permitido por el circuito, y el voltaje del terminal disminuye correspondientemente. Una vez que el voltaje del terminal del inductor ha disminuido a un mínimo (cero para un inductor “perfecto”), la corriente permanecerá en un nivel máximo, y se comportará esencialmente como un cortocircuito.

Cuando el interruptor se cierra por primera vez, el voltaje a través del inductor saltará inmediatamente al voltaje de la batería (actuando como si se tratara de un circuito abierto) y disminuirá a cero con el tiempo (eventualmente actuando como si se tratara de un cortocircuito). El voltaje a través del inductor se determina calculando cuánto voltaje se está cayendo a través de R, dada la corriente a través del inductor, y restando ese valor de voltaje de la batería para ver qué queda. Cuando el interruptor se cierra por primera vez, la corriente es cero, luego aumenta con el tiempo hasta que es igual al voltaje de la batería dividido por la resistencia en serie de 1 Ω. Este comportamiento es precisamente opuesto al del circuito de resistencia-condensador en serie, donde la corriente comenzó a un máximo y el voltaje del condensador a cero. Veamos cómo funciona esto usando valores reales:

Al igual que con el circuito RC, el acercamiento del voltaje del inductor a 0 voltios y el acercamiento de la corriente a 15 amperios a lo largo del tiempo es asintótico. Para todos los fines prácticos, sin embargo, podemos decir que el voltaje del inductor eventualmente alcanzará los 0 voltios y que la corriente eventualmente igualará el máximo de 15 amperios.

Nuevamente, podemos usar el programa de análisis de circuitos SPICE para trazar esta decadencia asintótica del voltaje del inductor y la acumulación de corriente del inductor en una forma más gráfica (la corriente del inductor se traza en términos de caída de voltaje a través de la resistencia, usando la resistencia como derivación para medir la corriente):

Observe cómo el voltaje disminuye (a la izquierda de la parcela) muy rápidamente al principio, luego disminuyendo a medida que pasa el tiempo. La corriente también cambia muy rápidamente al principio y luego se nivela a medida que pasa el tiempo, pero se acerca al máximo (derecho de escala) mientras que el voltaje se acerca al mínimo.

Revisar

• Un inductor completamente “descargado” (sin corriente a través de él) inicialmente actúa como un circuito abierto (caída de voltaje sin corriente) cuando se enfrenta a la aplicación repentina de voltaje. Después de “cargarse” completamente al nivel final de corriente, actúa como un cortocircuito (corriente sin caída de voltaje).
• En un circuito de “carga” de resistencia-inductor, la corriente del inductor va de la nada al valor completo mientras que el voltaje va de máximo a cero, ambas variables cambiando más rápidamente al principio, acercándose a sus valores finales cada vez más lentamente a medida que pasa el tiempo.