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Una introducción a la inductancia, un concepto clave en el estudio de la electricidad y el magnetismo. Aprenderemos qué es un inductor, cómo se calcula su inductancia y cómo se relaciona con el campo magnético. Además, veremos cómo se utiliza la inductancia en circuitos RL y cómo se compara con la capacitancia en circuitos RC.
Tipo: Monografías, Ensayos
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Inductancia
We used a coil and the solenoid assumption tointroduce the inductance. But the definitionholds for all types of inductance, including a straightwire.
Any conductor has capacitance and inductance.
L
L
dI
dt
≡ −
E
An inductor is usually made of a coil to make a largeinductance (more loops = more flux). The circuitsymbol isThe self-induced emf through this inductor under achanging current
I
is given by:
L
dI
L
dt
= −
E
Unidades de la inductancia
1797 – 1878
American physicist
First director of the Smithsonian
Improved design of electromagnet
Constructed one of the first motors
Discovered self-inductance
Cálculo de la inductancia
i
N
L
Φ
=
Por ser
Φ
B
proporcional a la corriente i, la razón de dicha
ecuación
no depende
de i y, por consiguiente, la
inductancia (como la capacitancia) depende sólo de laforma del dispositivo.
N
Φ
B
conexiones de flujo
C
á
lculo
de la
inductancia
de un
solenoide
I
When a current flows through a coil,there is magnetic field established.If we take the solenoid assumptionfor the coil:
E
E
L
0
B
nI
μ
=
When this magnetic field fluxchanges, it induces an emf, E
L
,
called self-induction:
(
)
(
)
0
2
0
B
L
d
NAB
d
NA
nI
d
dI
dI
n V
L
dt
dt
dt
dt
dt
μ
Φ
μ
= −
= −
= −
= −
≡ −
E
or:
L
dI
L
dt
≡ −
E
This defines the inductance
L
, which is a constant related only to the coil.
The self-induced emf
ε
L
is generated by (changing) current in the coil.
According to Lenz’s Law, the emf generated inside this coil is always opposingthe change of the current which is delivered by the original emf
ε
.
For a solenoid:
2
0
L
n V
μ
=
Where n
: # of turns per unit length.
N
: # of turns in length l.
A
: cross section area
V
: Volume for length l.
2
2
o
o
d
B
π
r
μ
N
μ
N
B
π
r
⋅
=
=
=
∫
B
s
r
r
(
)
I
I
La permeabilidad de lamayor parte de losmateriales comunes(excepto losferromagnéticos) tienevalores cercanos a 1.
Con respecto a otrosmateriales que no sonferromagnéticos, lapermeabilidad puededepender de propiedadescomo la temperatura y ladensidad del material, perono del campo
B
0
.
Para los ferromagnéticos
κ
m
depende del campoaplicado
B
0
.
Put inductor
L
to use:
the RL
Circuit
An
RL
circuit contains a
resistor
R
and an inductor
L
.
There are two cases as in a RC
circuit (charging and
discharging) but in an
RL
circuit one changes current, notelectric charge.
Current increases:
When S
2
is connected to
position
a
and when switch S
1
is closed (at time
t
= 0), the
current through
R
and
L
begins
to increase
Current decreases:
When S
2
is connected to
position
b
.
RL
Circuit
When switch S
2
is moved to
position
b
, the original current
disappears. The self-induced emfwill try to prevent that change, andthis determines the emf direction(Lenz Law).
τ
−
−
=
≡
Rt L
t
ε
ε
I
e
e
R
R
(
)
=
=
E
0
R
I t
Solve for the current
I
, with initial
condition that
we find
0
=
dt
dI
L
IR
Energy stored in an inductor
The increasing current
I
from the
battery supplies power not only to theresistor, but also to the inductor. FromKirchhoff’s loop rule, we have
=
d I
ε
I R
L
dt
Multiply both sides with
I
:
=
2
d I
ε
I
I
R
LI
dt
This equation reads: power
battery
=power
R
+power
L
So we have the rate of energy increase in the inductor as:
=
L
dU
d I
LI
dt
dt
Solve for
U
L
:
=
=
∫
2
0
1 2
I
L
U
LId I
LI
Stored energy type andthe Energy Density of a Magnetic Field
Given
U
L
=
½
L I
2
and assume (for simplicity) a solenoid with
L =
μ
o
n
2
V
Since V is the volume of the solenoid, the magnetic energydensity, u
B
is
This applies to any region in which a magnetic field exists (notjust the solenoid)
=
=
2
2
2
1 2
2
L
o
o
o
B
B
U
μ
n V
V
μ
n
μ
2
L
B
o
So the energy stored in thesolenoid volume
V
is
magnetic (
B
) energy.
And the energy density isproportional to
B
2
.