Apuntes de electrónica: Bobinas

Cuando expliqué los condensadores aseveré que era el componente electrónico más sencillo. Una bobina (o inductor que no inductancia) no es más que un alambre enrollado: ¿no es más simple?

Simplemente me pareció que recortar tres cuadrados y pegarlos está al alcance de cualquier niño de 3/4 años y enrollar con cierto cuidado un alambre de cobre requiere algo más de destreza y cuidado.

Antes de continuar una pequeña aclaración. Habitualmente los electrónicos nos referimos a las bobinas con el término inductancias y esto es erróneo. El elemento en si, la bobina que tocamos, se denomina inductor. Inductancia es el valor de la bobina, como la capacitancia (o capacidad) de un condensador. Procuraré llamar a las cosas por su nombre, pero disculparme si la costumbre me traiciona.

La ecuación que define la respuesta de un condensador es la siguiente:

i=C\frac{dv}{dt}

Y la menciono porque la ecuación que define la respuesta de una bobina es esta:

\tag{1} v=-L\frac{di}{dt}

Lo primero que choca es lo parecidas que son, tan parecidas que son opuestas:

  • Una define la corriente en función de la tensión y la otra la tensión en función de la corriente.
  • Son de signo opuesto

Voy a realizar un pequeño análisis del funcionamiento de las bobinas sin entrar en cálculos, simplemente comparándolas con el funcionamiento que ya he descrito para el condensador.

Si en el condensador teníamos la corriente máxima en cuanto le aplicamos una diferencia de potencial en sus extremos, simplifiqué el efecto diciendo que un condensador descargado es virtualmente un cortocircuito. Pues bien, cuando conectamos al circuito una bobina y le inyectamos una corriente, reacciona de una manera curiosa: se opone. Según la ecuación característica que he escrito antes (1) una variación de la corriente ocasiona una tensión de signo opuesto. Esta tensión de signo opuesto se denomina fuerza contraelectromotriz (FCEM). La fuerza electromotriz (FEM) es la de los generadores (pilas, baterías, generadores…), es la fuerza que hace que los electrones se muevan y que la corriente eléctrica fluya. El estudio de las FEM y FCEM es muy interesante, puesto que son las dos caras de la misma moneda ya que un generador puede actuar como motor y viceversa, pero hoy no vamos a entrar en más detalle.

Bien, había dicho que en cuanto aplicamos corriente al inductor, la inductancia reacciona generando una FCEM que se opone a dicha corriente. En cuanto la corriente se estabiliza tenemos que di = 0, por lo que la diferencia de potencial en extremos del inductor es cero: otra vez nos encontramos un cortocircuito virtual, sólo que esta vez es cuando la corriente es constante.

Y por último, si desconectamos al inductor de la corriente lo que hacemos es que la variación de corriente es negativa pues pasamos de una i > 0 a una i = 0 y por tanto di < 0. En en estas condiciones la inductancia reacciona generando una FEM, es decir genera una tensión que intenta mantener el flujo de corriente que hasta ahora tenía el inductor.

He dicho que no voy a hacer un análisis matemático, y lo voy a mantener, pero tengo que poner un par de ecuaciones más, una ya la conocemos.

Nos queda conocer la ecuación que describe la respuesta de la inductancia en corriente alterna, y como he hecho en la ecuación general (1) voy a escribir primero la del condensador:

X_c=\frac{1}{j\omega C}

Recordemos, en alterna un condensador es como una resistencia que adelanta la corriente 90º y se denominaba impedancia capacitiva. Bueno, siendo estrictamente correctos es reactancia capacitiva. Se supone que impedancia (representada por Z) es la suma de la parte real (resistencia pura, representada por R) e imaginaria (reactancia capacitiva/inductiva, representada por X). Ahora, después de recordar cómo era la reactancia capacitiva y aclarado el tema de inductancia/reactancia os presento a la reactancia inductiva:

\tag{2} X_L={j\omega L}

Bien, si recordáis en mis explicaciones del condensador decía que el condensador adelantaba 90º la corriente, mientras que la bobina retrasa la corriente en 90º. Recordar que el condensador ya admite la máxima corriente cuando aún no tiene tensión y la bobina se opone a la variación de la corriente generando una FCEM o una FEM según la corriente aumente o disminuya. Este comportamiento lo tienen siempre, tanto para corriente continua como para corriente alterna,

Las cuatro ecuaciones de este artículo son las ecuaciones fundamentales del condensador y de la bobina, simplificadas, pero aún así útiles para la inmensa mayoría de circuitos.

Si, hoy he evitado las matemáticas. Las inductancias tienen que ver con el magnetismo y las leyes de Maxwell y, francamente, no queréis que nos metamos en esa harina.

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