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--- guias:iniciacion_a_la_electronica [2025/04/27 18:08] – [7.2.- Carga de una bobina.] Jose Manuel Mariño Mariño
+++ guias:iniciacion_a_la_electronica [2025/04/27 18:37] (actual) – [7.6.- La bobina real.] Jose Manuel Mariño Mariño
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 [[https://www.bricolabs.cc/wiki/guias/poner_aqui_el_circuito_de_descarga_rc|[[IMAGEN DESCARGA LR]]]]
-Las condiciones iniciales de nuestro circuito son: I = V/R (porque hemos cargado antes la bobina hasta esa intensidad); V<sub>L</sub>  = 0 (porque la corriente ya no aumenta); V<sub>R</sub>  = V.
+Las condiciones iniciales de nuestro circuito son: I = V/R (porque hemos cargado antes la bobina hasta esa intensidad); V<sub>L</sub> = 0 (porque la corriente ya no aumenta); V<sub>R</sub> = V.
 Así que accionamos el conmutador de forma que la fuente quede desconectada y la bobina la resistencia queden unidas, y:
-  *
+  * La intensidad en el circuito es la misma que había justo antes de accionar el conmutador (recordemos: la bobina se opone a que la corriente cambie bruscamente).
+  * La tensión en la bobina es ahora V<sub>L</sub>  = -V<sub>R</sub>  = -V.
-La intensidad en el circuito es la misma que había justo antes de accionar el conmutador (recordemos: la bobina se opone a que la corriente cambie bruscamente).
+  * Ahora la tensión en la bobina tiene la polaridad contraria, por lo tanto la intensidad comenzará a disminuir poco a poco.
+  * El ritmo de decrecimiento será directamente proporcional a la tensión en sus bornes.
-  *
+  * Al disminuir la intensidad, la tensión en la resistencia (V<sub>R</sub>  = I · R) también irá bajando.
+  * Al reducirse la tensión en la resistencia también lo hace en la bobina (aunque su signo es contrario porque V<sub>L</sub>  = -V<sub>R</sub>) e irá haciéndose menos negativa y acercándose a cero.
-La tensión en la bobina es ahora V<sub>L</sub>  = -V<sub>R</sub>  = -V.
+  * Al ir reduciéndose la tensión en la bobina, la intensidad también va reduciéndose cada vez más lentamente.
+  * Este comportamiento se repetirá indefinidamente hasta que la tensión y la intensidad desaparezcan totalmente, momento en el que la bobina se habrá descargado del todo.
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-Ahora la tensión en la bobina tiene la polaridad contraria, por lo tanto la intensidad comenzará a disminuir poco a poco.
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-El ritmo de decrecimiento será directamente proporcional a la tensión en sus bornes.
-  *
-Al disminuir la intensidad, la tensión en la resistencia (V<sub>R</sub>  = I · R) también irá bajando.
-  *
-Al reducirse la tensión en la resistencia también lo hace en la bobina (aunque su signo es contrario porque V<sub>L</sub>  = -V<sub>R</sub>) e irá haciéndose menos negativa y acercándose a cero.
-  *
-Al ir reduciéndose la tensión en la bobina, la intensidad también va reduciéndose cada vez más lentamente.
-  *
-Este comportamiento se repetirá indefinidamente hasta que la tensión y la intensidad desaparezcan totalmente, momento en el que la bobina se habrá descargado del todo.
 Las gráficas de este proceso de descarga serán similares a éstas:
-[[PONER GRAFICAS DESCARGA LR|]]
+[[:guias:poner_graficas_descarga_lr|PONER GRAFICAS DESCARGA LR]]
 Nuevamente vemos que la curva de descarga tiende a cero, pero matemáticamente nunca llega a ella. En teoría, la bobina nunca se descargará del todo. A efectos prácticos, la descarga estará completa cuando hayan transcurrido 5 veces la **constante de tiempo**  del circuito.
 ==== 7.4.- Constante de tiempo de un circuito LR. ====
-¿Pero qué demonios es eso de la constante de tiempo?
+La **constante de tiempo de un circuito LR** se conoce como **τ** (letra griega tau) y **equivale al tiempo que tardaría en cargarse/descargarse el inductor si la intensidad fuese en todo momento la final**. Dado que, como ya hemos visto, la intensidad parte de cero y va subiendo con una exponencial inversa, **el tiempo de carga/descarga de un circuito LR se considera que es de 5τ**, a efectos prácticos (matemáticamente la carga/descarga no termina nunca).
-La **constante de tiempo de un circuito RC**  se conoce como **τ**  (letra griega tau) y **equivale al tiempo que tardaría en cargarse/descargarse el condensador si la intensidad fuese en todo momento la inicial**. Dado que, como ya hemos visto, la intensidad no permanece constante sino que decrece exponencialmente, **el tiempo de carga/descarga de un circuito RC se considera que es de 5τ**, a efectos prácticos (matemáticamente la carga/descarga no termina nunca).
 ==== 7.5.- Energía almacenada en un inductor. ====
-Vamos a hablar ahora de la energía. Decíamos al principio que los condensadores no realmente no almacenan carga porque su carga total siempre es neutra, sino que almacenan energía separando las cargas entre sus dos electrodos y estableciendo un campo eléctrico entre ellos. ¿Cuánta energía es capaz de almacenar un condensador?
+Encontrar un símil que se pueda entender fácilmente como hacíamos con el condensador es algo que ya no va a ser tan sencillo para la bobina. En un condensador es muy fácil imaginarlo como un depósito de agua que se va llenando, pero para la bobina ya no tenemos ejemplos tan fáciles de entender.
-A medida las placas del condensador se van cargando, se va estableciendo una diferencia de potencial. Debido a esta diferencia de potencial, resulta más difícil seguir cargando el condensador ya que su potencial se opone al sentido de la corriente. Y cuanto más cargado está, mayor es el potencial y más cuesta seguir cargándolo.
-Seguro que no lo habéis entendido, así que vamos con las analogías, que hace tiempo que no usamos ninguna. Cargar un condensador es como apilar cajas: ponemos la primera en el suelo y apenas nos cuesta trabajo, porque su potencial es cero (está en el suelo), cuando vamos a poner la segunda caja tenemos que colocarla a unos centímetros de altura, así que hemos tenido que realizar una cantidad de trabajo para trasladar esa caja desde el suelo hasta la parte superior de la primera caja. Y sucesivamente, conforme vamos aumentando la cantidad de cajas apiladas, cada vez nos cuesta más subir una nueva caja porque la altura a la que tenemos que subirla es mayor. En esta analogía las cajas son la carga eléctrica de cada una de las placas del condensador, la altura de la pila es la tensión o voltaje entre placas del condensador, y la energía que hemos empleado en apilar las cajas corresponde con la energía almacenada en el condensador.
-Vamos con otra analogía, que además la usaremos en más ocasiones: el condensador es un depósito de agua, la carga de sus placas es la cantidad de agua que contiene, y el potencial o tensión entre sus terminales es la altura que alcanza el agua contenida. Imaginemos que estamos llenando ese depósito mediante una toma colocada en su extremo inferior. Cuando el depósito está vacío resulta muy fácil meter agua, porque no encontramos resistencia. Pero a medida que el agua va llenando el depósito y a alcanzar cierta altura, genera una presión en la parte inferior que se opone a que sigamos llenándolo, o dicho de otra forma, nos cuesta más seguir llenando el depósito cuanto más lleno se encuentre.
-En esta analogía podemos ver también otra característica de los condensadores que no era tan visible con el ejemplo de las cajas: la anchura del depósito. Para una misma cantidad de agua, la altura de la misma será diferente en función de si el depósito es ancho o estrecho, y la altura que alcance será diferente. La anchura (más concretamente, la superficie de su base) equivaldría a la capacidad del condensador.
+A medida que el flujo magnético aumenta dentro de una bobina, para que siga aumentando debemos mantener la tensión entre sus bornes, y eso es difícil porque en la resistencia siempre habrá una caída de tensión que irá haciendo que disminuya la tensión en la bobina.
-Y podemos decir lo siguiente: A mayor anchura/capacidad para una misma cantidad de agua/carga la altura/voltaje es menor, y la cantidad de energía que nos ha costado llenarlo es menor. A mayor anchura/capacidad para una misma altura/voltaje, la cantidad de agua/carga es mayor, y también es mayor la cantidad de energía que nos ha costado llenarlo.
+Pero, ¿y si no hubiese resistencia, o si fuese muy pequeña? En ese caso no habría límite a que la corriente siguiese aumentando hasta llegar a valores altísimos. Por eso no tiene sentido conectar una bobina directamente a los polos de una fuente de tensión, porque transcurrida una fracción de segundo, esa bobina será a efectos prácticos un cortocircuito.
-¿Y cuánta energía almacena un condensador?
+Pero dejémonos de analogías y vayamos a lo importante: ¿cuánta energía almacena un condensador?
-La cantidad de carga en las placas de un condensador, el voltaje presente entre ellas, la capacidad del condensador y la cantidad de energía almacenada se relacionan mediante estas fórmulas:
+La intensidad que circuila por una bobina, su inductancia y La cantidad de carga en las placas de un condensador, el voltaje presente entre ellas, la capacidad del condensador y la cantidad de energía almacenada se relacionan mediante esta fórmula:
-C = Q / V
+E = 1/2 · L · I<sup>2</sup>
-E = 1/2 · C · V<sup>2</sup>   = 1/2 · Q · V = 1/2 · Q<sup>2</sup>   / C
+La energía acumulada aumenta con el cuadrado de la intensidad: una misma bobina tendrá cuatro veces más energía si hacemos circular el doble de intensidad.
-Como podemos deducir de estas expresiones, la capacidad de un condensador es directamente proporcional a la carga en sus placas, e inversamente proporcional al potencial entre ellas. Además, la energía acumulada aumenta con el cuadrado del voltaje: un mismo condensador tendrá cuatro veces más energía acumulada si lo cargamos al doble del voltaje.
 ==== 7.6.- La bobina real. ====
-Como no hay nada perfecto en este mundo, tampoco lo son los condensadores reales. Como ya avisábamos en el capítulo sobre el proceso de carga, si nuestro condensador fuese ideal podríamos guardar el condensador una vez cargado de forma indefinida, y éste conservaría su energía. Pero esto en realidad no es así.
+Sí, lo habéis adivinado: tampoco tenemos bobinas perfectas.
-Veamos cómo es el circuito equivalente de un condensador real:
+Veamos cómo es el circuito equivalente de una bobina real:
-[[https://www.bricolabs.cc/wiki/guias/poner_el_esquema_de_un_condensador_real_con_resistencia_serie_y_resistencia_paralelo|PONER EL ESQUEMA DE UN CONDENSADOR REAL CON RESISTENCIA SERIE Y RESISTENCIA PARALELO]]
+[[https://www.bricolabs.cc/wiki/guias/poner_el_esquema_de_un_condensador_real_con_resistencia_serie_y_resistencia_paralelo|PONER EL ESQUEMA DE UNA BOBINA REAL]]
-El primer desengaño es que los dos electrodos del condensador no están completamente aislados. Siempre tendremos presente una resistencia parásita conectada entre ellos, que los irá descargando poco a poco. Esto se debe a que el dieléctrico utilizado para mantener separados los electrodos nunca va a ser un aislante perfecto. Aunque muy pequeña, siempre habrá una pequeña corriente eléctrica circulando entre los dos terminales del condensador debido al dieléctrico. Normalmente podemos obviar esta resistencia parásita, ya que como hemos dicho es de valores muy altos y por regla general no es necesario tenerla en cuenta al diseñar nuestros circuitos.
+El factor "no ideal" más importante en una bobina es la resistencia de su bobinado. Una bobina es un arrollamiento de un conductor, y todos los conductores reales ofrecen algo de resistencia al paso de la corriente. Habrá casos en los que esta resistencia sea pequeña o despreciable (pocas vueltas con hilo grueso), pero podría darse el caso de necesitar muchísimas vueltas (para ganar inductancia) con hilo muy fino (para reducir volumen), en cuyo caso la resistencia podría alcanzar varios cientos de ohmios.
-La otra resistencia que podemos ver en nuestro condensador real es la resistencia equivalente en serie, o **ESR (Equivalent Series Resistance)**. Esta resistencia sí puede tener cierta relevancia en según qué circuitos. Los electrodos de un condensador no dejan de ser conductores eléctricos, y como tales ofrecen una resistencia al paso de la corriente eléctrica. Si bien esta resistencia es baja, a veces puede no ser despreciable. Otras veces no se trata de si la ESR es alta o no, sino de si es comparable a la resistencia que ofrece el propio condensador (esto lo tendremos que ver más adelante, cuando veamos la corriente alterna).
+El otro factor "no ideal" relevante de una bobina, y que debemos tener siempre bajo control, es la corriente de saturación. El núcleo magnético de una bobina tiene un límite en cuanto a la cantidad de flujo magnético que puede permitir en su interior. Una vez que se supera dicho límite, la bobina deja de comportarse como tal y pasa a comportarse como un simple conductor eléctrico. Es decir, ese efecto de "oposición a los cambios de corriente" desaparece si la corriente es demasiado alta.
-Tanto la resistencia parásita en paralelo como la ESR dependen de cómo esté fabricado el condensador. El tipo de dieléctrico, el tamaño del condensador, la superficie de los electrodos, etc…
+Existe otro valor de corriente que no debemos superar para no destruir la bobina por acumulación de calor. En función del grosor del conductor empleado en la construcción de la bobina, y en función de las características de disipación térmica que tenga el inductor en su conjunto, habrá un valor de intensidad que no debe ser superardo para no generar excesivo calor, lo cual llevaría a la destrucción del componente.
-Otro aspecto a tener en cuenta, no ya al diseñar, sino al elegir el tipo de condensador que necesitamos, es la **tensión de trabajo**. En un condensador real no podemos aplicar la tensión que queramos a los terminales de un condensador, porque todo material tiene una tensión de ruptura dieléctrica límite. Dicho de otra forma, más tarde o más temprano, si vamos subiendo la tensión en un condensador llegará un momento en el que saltará una chispa entre ambos electrodos. Eso se debe a que el dieléctrico ya no es capaz de soportar el intenso campo eléctrico que se genera, y sus moléculas se ionizan permitiendo que circule la corriente eléctrica por ellos. Es lo mismo que ocurre cuando cae un rayo durante una tormenta: la tierra y las nubes son los electrodos de un gran condensador, y el dieléctrico es el aire; cuando la tensión entre ambos extremos es tan alta que el dieléctrico ya no es capaz de seguir manteniéndolos aislados, salta una chispa (el rayo). En función del tipo de condensador, la ruptura del dieléctrico puede suponer la destrucción por completo del componente.
 ==== 7.7.- Comportamiento de una bobina en continua. ====

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