Pregrado
  1. Mecánica clásica  1.1. dinámica  1.1.1. Movimiento en una dimensión  1.1.2. Movimiento en dos dimensiones  1.1.3. projectile motion  1.1.4. Velocidad relativa  1.1.5. Movimiento circular uniforme  1.1.6. Movimiento circular no uniforme  1.1.7. Sistemas de referencia y transformaciones  1.2. Newton's Laws of Motion  1.2.1. Primera ley del movimiento  1.2.2. Segunda ley del movimiento  1.2.3. Tercera Ley del Movimiento  1.2.4. Aplicaciones de las leyes de Newton  1.2.5. Fricción y sus tipos  1.2.6. Diagrama de Cuerpo Libre  1.2.7. Restricciones y pseudo-fuerzas  1.3. Trabajo y energía  1.3.1. Trabajo realizado por la fuerza  1.3.2. Teorema trabajo-energía  1.3.3. Energía cinética  1.3.4. Energía potencial en la mecánica clásica  1.3.5. Fuerzas conservativas y no conservativas  1.3.6. Conservación de la Energía  1.3.7. Poder y eficiencia  1.4. Velocidad y colisiones  1.4.1. Momento lineal  1.4.2. Conservación del momento  1.4.3. Impulso y fuerza de impacto  1.4.4. Colisión elástica e inelástica  1.4.5. Centro de masa y velocidad  1.4.6. Propulsión de Cohetes  1.5. Movimiento rotacional  1.5.1. Torque y Momento Angular  1.5.2. Momento de inercia  1.5.3. Cinemática Rotacional  1.5.4. Energía Rotacional  1.5.5. Movimiento de rodadura  1.5.6. Precesión y movimiento giroscópico  1.6. Fuerza gravitacional  1.6.1. La ley de la gravitación universal de Newton  1.6.2. Energía potencial gravitatoria  1.6.3. Mecánica orbital  1.6.4. Leyes del movimiento planetario de Kepler  1.6.5. Campo y potencial gravitatorio  1.7. Mecánica de fluidos  1.7.1. Presión y el Principio de Pascal  1.7.2. Flotabilidad y el principio de Arquímedes  1.7.3. Dinámica de Fluidos y el Principio de Bernoulli  1.7.4. Viscosidad y la ley de Poiseuille  1.7.5. Tensión superficial y capilaridad  1.8. Oscilaciones y ondas  1.8.1. Movimiento Armónico Simple  1.8.2. Oscilaciones amortiguadas y forzadas  1.8.3. Oscilaciones acopladas y modos comunes  1.8.4. Propiedades y tipos de ondas  1.8.5. Ondas Sonoras y el Efecto Doppler  1.8.6. Interferencia de ondas y superposición
  2. Electromagnetismo  2.1. Electrostática  2.1.1. Carga eléctrica y propiedades  2.1.2. Ley de Coulomb  2.1.3. Electric field and electric potential  2.1.4. La Ley de Gauss  2.1.5. Capacitancia y Dieléctrico  2.1.6. Dipolo eléctrico y energía potencial  2.2. Circuitos eléctricos  2.2.1. Corriente y Resistencia  2.2.2. Ley de Ohm  2.2.3. Leyes de Kirchhoff  2.2.4. Circuito RC  2.2.5. Circuitos de CA y Reactancia  2.2.6. Electricidad y energía eléctrica  2.3. Magnetismo  2.3.1. Campos y Fuerzas Magnéticas  2.3.2. La Ley de Ampere  2.3.3. Momento dipolar magnético  2.3.4. Ley de Biot-Savart  2.3.5. Materiales Magnéticos y Histeresis  2.4. Inducción electromagnética  2.4.1. Ley de Faraday  2.4.2. La ley de Lenz  2.4.3. Autoinducción y mutua inducción  2.4.4. Transformadores y Circuitos Inductivos  2.5. Ecuaciones de Maxwell  2.5.1. La ley de Gauss para la electricidad  2.5.2. Ley de Gauss para el magnetismo  2.5.3. La ley de inducción de Faraday  2.5.4. Ley de Ampere-Maxwell  2.5.5. Ondas electromagnéticas
  3. Termodinámica  3.1. Leyes de la Termodinámica  3.1.1. Ley cero de la termodinámica  3.1.2. Primera ley de la termodinámica  3.1.3. Segunda Ley  3.1.4. Tercera Ley  3.2. Calor y trabajo  3.2.1. Transferencia de calor (conducción, convección, radiación)  3.2.2. Expansión térmica  3.2.3. Motores térmicos y refrigeradores  3.2.4. Ciclo de Carnot y eficiencia  3.3. Mecánica estadística  3.3.1. Distribución de Maxwell–Boltzmann  3.3.2. Entropía y Probabilidad  3.3.3. Función de partición  3.3.4. Estadísticas de Fermi–Dirac y Bose–Einstein
  4. Óptica  4.1. Óptica Geométrica  4.1.1. Reflexión y refracción  4.1.2. Espejos y lentes  4.1.3. Instrumentos Ópticos  4.1.4. El principio de Fermat  4.2. Óptica de ondas  4.2.1. Interferencia en la óptica de ondas  4.2.2. Difracción  4.2.3. Polarización  4.2.4. Coherencia y holografía
  5. Mecánica cuántica  5.1. Dualidad onda-partícula  5.1.1. Radiación de cuerpo negro en la dualidad onda-partícula en la mecánica cuántica  5.1.2. Efecto fotoeléctrico  5.1.3. Dispersión Compton  5.1.4. Longitud de onda de De Broglie  5.2. Ecuación de Schrödinger  5.2.1. Ecuación de Schrödinger independiente del tiempo  5.2.2. Partícula en una caja  5.2.3. Efecto túnel cuántico  5.2.4. Pozos de potencial y obstáculos  5.3. Estados Cuánticos  5.3.1. Función de onda  5.3.2. Operadores cuánticos  5.3.3. Principio de incertidumbre de Heisenberg  5.3.4. Momento angular y espín
  6. Relatividad  6.1. Relatividad especial  6.1.1. Transformaciones de Lorentz  6.1.2. Expansión del tiempo y contracción de la longitud  6.1.3. Energía y momento relativista  6.2. Relatividad general  6.2.1. Principio de Equivalencia  6.2.2. Métrica de Schwarzschild  6.2.3. Ondas gravitacionales  6.2.4. Agujeros negros y horizontes de eventos
  7. Física del estado sólido  7.1. Estructura cristalina  7.1.1. Redes de Bravais  7.1.2. Difracción de rayos X  7.1.3. Teoría de bandas  7.1.4. Fonones y vibraciones de red  7.2. Propiedades Eléctricas y Magnéticas  7.2.1. Conductores, Semiconductores e Aislantes  7.2.2. Superconductividad  7.2.3. Efecto Hall
  8. Física nuclear y de partículas  8.1. Estructura Atómica  8.1.1. Modelo Atómico  8.1.2. Energía de enlace nuclear  8.2. Radiactividad  8.2.1. Desintegración alfa, beta, gamma  8.2.2. Vida media  8.2.3. Fisión y Fusión Nuclear  8.3. Física de partículas  8.3.1. Modelo Estándar  8.3.2. Quarks y Leptones  8.3.3. antimateria  8.3.4. Interacciones fundamentales
  9. Astrofísica y cosmología  9.1. Evolución estelar  9.1.1. Formación estelar  9.1.2. Agujeros negros y estrellas de neutrones  9.1.3. Enanas blancas y supernovas  9.2. Cosmología  9.2.1. La Teoría del Big Bang  9.2.2. Materia oscura y energía oscura  9.2.3. Fondo cósmico de microondas

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Autoinducción y mutua inducción


En el campo del electromagnetismo, la inducción electromagnética desempeña un papel vital. Es un proceso fundamental por el cual se induce una fuerza electromotriz (FEM) o voltaje en un conductor debido a un campo magnético cambiante. Aspectos de autoinducción y mutua inducción son componentes importantes de este fenómeno. Comprender estos conceptos forma una base para estudiar sistemas electromagnéticos más complejos.

Inducción electromagnética

La inducción electromagnética fue descubierta por Michael Faraday en la década de 1830, y describe el proceso por el cual un conductor colocado en un campo magnético cambiante causa que se produzca un voltaje en el conductor. Este principio está encapsulado por la ley de inducción de Faraday, que puede expresarse como:

ε = -dΦ/dt

En esta ecuación, ε representa la fuerza electromotriz, y Φ es el flujo magnético. El signo negativo indica la dirección de la FEM inducida y la corriente, según lo explica la ley de Lenz, que establece que la FEM inducida siempre se opondrá a un cambio en el flujo magnético.

Autoinducción

La autoinducción es el fenómeno en el cual un cambio en la corriente eléctrica en un circuito induce una fuerza electromotriz (FEM) en el mismo circuito. Considere una simple bobina de alambre. Cuando la corriente eléctrica fluye a través de la bobina, se crea un campo magnético a su alrededor. Si la corriente cambia con el tiempo, el campo magnético asociado con la bobina también cambia. Este campo magnético cambiante induce una FEM en la misma bobina que se opone al cambio de corriente a través de ella.

La medida de la autoinducción de una bobina está dada por la inductancia L, que puede calcularse con la fórmula:

ε = -L (di/dt)

Aquí, ε es la FEM inducida, L es la inductancia, di/dt es la tasa de cambio de corriente. La unidad de inductancia es el Henry (H).

Bobina FEM inducida

Considere cómo se comporta un simple solenoide con una bobina uniforme. Si la corriente que atraviesa el solenoide cambia, se induce una FEM en el propio solenoide. De esta manera, el solenoide actúa como un inductor.

Ejemplo de autoinducción

Consideremos un ejemplo práctico. Imagine un solenoide de longitud l, área de sección transversal A y con N vueltas.

El flujo magnético Φ a través de una vuelta del solenoide puede representarse como:

Φ = B * A

Y dado que el campo magnético B dentro del solenoide está dado por:

B = μ₀ * (N/l) * i

Donde μ₀ es la permeabilidad del espacio libre y i es la corriente que fluye a través del solenoide.

El flujo magnético total asociado al solenoide será entonces:

Φ_total = N * Φ = N * B * A = N * μ₀ * (N/l) * i * A

Así, la autoinducción L es:

L = Φ_total / i = (μ₀ * N² * A) / l

Es evidente que la inductancia depende de las propiedades físicas del solenoide: el número de vueltas, el área del lazo y la longitud del solenoide.

Mutua inducción

La mutua inducción, por otro lado, es la propiedad de dos circuitos eléctricos por la cual cualquier cambio de corriente en el primer circuito induce una FEM en el segundo circuito. Si tienes dos bobinas de manera que un cambio de corriente en una bobina inducirá un voltaje en la otra bobina, entonces estas bobinas se dicen que tienen mutua inducción.

La inductancia mutua M entre las dos bobinas está dada por:

ε₁ = -M (di₂/dt)

Aquí, ε₁ es la FEM inducida en la primera bobina debido al cambio de corriente di₂/dt en la segunda bobina.

Bobina 1 Bobina 2

Imagina la bobina 1 y la bobina 2 como se muestra arriba. Si la corriente en la bobina 2 cambia, se induce una FEM en la bobina 1.

Ejemplo de mutua inducción

Veamos un ejemplo simple para clarificar más la mutua inducción. Considere dos bobinas adyacentes. Cuando la corriente en una bobina cambia, crea un campo magnético que puede vincularse con la otra bobina.

Suponiendo que la bobina 1 tiene N₁ vueltas y la bobina 2 tiene corriente variable i₂, la inductancia mutua M puede expresarse mediante la fórmula:

M = (μ₀ * N₁ * N₂ * A) / l

Aquí, N₂ es el número de vueltas en la bobina 2, A es el área común entre las bobinas, y l es la longitud de las bobinas.

Relación entre autoinducción y mutua inducción

Los conceptos de autoinducción y mutua inductancia están interrelacionados. Ambos dependen de cómo la geometría de un circuito afecta los campos electromagnéticos y el flujo de corriente. Además, son importantes en muchos dispositivos y tecnologías eléctricas como transformadores, inductores y diversos tipos de sensores.

Por ejemplo, la transferencia eficiente de energía eléctrica de una bobina a otra en un transformador se basa completamente en los principios de la mutua inductancia.

Aplicaciones de la inducción

La inductancia es un concepto fundamental en el diseño de circuitos y componentes eléctricos, como inductores, transformadores y motores. Cada una de estas aplicaciones aprovecha las propiedades de la autoinducción y la mutua inducción para funcionar eficientemente.

Transformadores

Los transformadores son dispositivos que utilizan principios de mutua inducción para convertir energía eléctrica entre diferentes niveles de voltaje. Al cambiar el número de vueltas en la bobina, un transformador puede aumentar o disminuir eficientemente el nivel de voltaje.

Inductores

Los inductores son componentes pasivos que utilizan la autoinducción para resistir cambios en la corriente. Se usan ampliamente en sistemas de energía de CA, filtros electrónicos y dispositivos de RF para gestionar el flujo de corriente y eliminar el ruido no deseado.

Motores

Los motores eléctricos dependen tanto de la autoinducción como de la mutua inducción. A medida que la corriente pasa a través de las bobinas en el motor, los campos magnéticos interactúan para producir movimiento, un proceso que se basa fundamentalmente en principios inductivos.

Conclusión

Los conceptos de autoinducción y mutua inducción son importantes para comprender el amplio campo de la inducción electromagnética. Al proporcionar una forma sistemática de describir cómo los circuitos pueden afectarse a sí mismos y entre sí a través de campos magnéticos cambiantes, estos principios proporcionan la base para comprender cómo funcionan muchos dispositivos eléctricos.

Ya sea en las bobinas dentro de un inductor electrónico, el funcionamiento de un transformador que convierte energía o la conexión rotor-estator en un motor eléctrico, la inductancia juega un papel integral en una amplia variedad de tecnologías críticas que impulsan el mundo de hoy.


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Autoinducción y mutua inducción

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