Fundamentos de la Inductancia y la Capacitancia

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La inductancia y la capacitancia son cruciales en la electrónica, definiendo la capacidad de los circuitos para almacenar energía. La inductancia, medida en henrios, se opone a cambios en la corriente, mientras que la capacitancia, medida en faradios, almacena carga eléctrica. La ley de Faraday-Lenz explica la autoinducción y la FEM inducida. El cálculo de estas propiedades depende de la geometría y disposición de bobinas y capacitores, esencial para el análisis de circuitos.

Resumen

Esquema

Fundamentos de la Inductancia y la Capacitancia

La inductancia y la capacitancia son propiedades esenciales en la electrónica y el electromagnetismo, que describen la habilidad de los circuitos para almacenar energía en campos magnéticos y eléctricos, respectivamente. La inductancia es la tendencia de un circuito eléctrico a resistir cambios en la corriente que fluye a través de él, creando una fuerza electromotriz (FEM) autoinducida en respuesta. Este fenómeno fue descubierto por Michael Faraday y Joseph Henry en 1831, quienes encontraron que un campo magnético cambiante puede inducir una corriente en un conductor cercano. La ley de Faraday-Lenz cuantifica esta interacción, indicando que la FEM inducida es directamente proporcional a la tasa de cambio del flujo magnético a través del circuito y actúa en una dirección que se opone al cambio que la provocó.

Componentes electrónicos con inductor cilíndrico y variedad de capacitores sobre superficie de madera, herramientas de soldadura desenfocadas al fondo.

Ley de Faraday-Lenz y Autoinducción

La ley de Faraday-Lenz es fundamental en la electromagnética, formulando cómo un cambio en el flujo magnético a través de un circuito cerrado induce una FEM. Esta ley establece que la magnitud de la FEM es proporcional a la rapidez del cambio en el flujo magnético, y su signo negativo refleja que la FEM inducida se opone a la variación del flujo que la causó. La autoinducción ocurre cuando una variación en la corriente de un circuito induce un flujo magnético que, a su vez, produce una FEM autoinducida. La inductancia, simbolizada por 'L', es una constante de proporcionalidad que depende de la geometría y las propiedades magnéticas del circuito, y se mide en henrios (H).

Cálculo de la Inductancia en Bobinas y Circuitos

La inductancia de una bobina se puede calcular a partir de la relación entre el número de vueltas (N), el flujo magnético (Φ) y la corriente (i). En bobinas con N vueltas bien enrolladas, la inductancia se determina mediante la fórmula L = NΦ/i, suponiendo que el mismo flujo magnético atraviesa cada vuelta. En circuitos con múltiples inductores, la inductancia total se calcula de manera distinta según si los inductores están dispuestos en serie o en paralelo. Para inductores en serie, la inductancia total es la suma de las inductancias individuales. En cambio, para inductores en paralelo, la inductancia equivalente se obtiene sumando los recíprocos de las inductancias individuales y tomando el recíproco del resultado.

Principios y Cálculo de la Capacitancia

La capacitancia es la capacidad de un dispositivo para almacenar carga eléctrica, manifestándose principalmente en los capacitores, que consisten en dos placas conductoras separadas por un material aislante o dieléctrico. La capacitancia de un capacitor es proporcional al área de las placas y al inverso de la distancia entre ellas, así como a la constante dieléctrica del material aislante. La relación entre la carga eléctrica (Q) acumulada y la diferencia de potencial (V) aplicada es la capacitancia (C), que se mide en faradios (F). Un capacitor con una capacitancia de un faradio es capaz de almacenar una carga de un coulomb con una diferencia de potencial de un voltio.

Conexiones de Capacitores y su Capacitancia Equivalente

La capacitancia total de un arreglo de capacitores depende de si están conectados en serie o en paralelo. Para capacitores en serie, la capacitancia equivalente es calculada como el inverso de la suma de los inversos de cada capacitancia individual, resultando en una capacitancia total menor que la de cualquier capacitor individual. Para capacitores en paralelo, la capacitancia total es simplemente la suma de las capacitancias individuales, ya que cada capacitor experimenta la misma diferencia de potencial y, por ende, la carga total es la suma de las cargas en cada uno. Estos principios son vitales para el diseño y análisis de circuitos electrónicos, influenciando la respuesta del circuito a cambios en voltaje y corriente.