Retraso de la corriente en una bobina (dos bombillas)

Programas: APC, Sek II

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Objetivo

Observar cómo una bobina retrasa la subida de la corriente al conectar el circuito.

El montaje

Una fuente de 6 V y un interruptor (abierto). Dos ramas en paralelo con bombillas de 6 V / 0,5 W: abajo — una bombilla y una resistencia de 20 Ω; arriba — una bombilla y una bobina de 100 H con una resistencia del devanado de 20 Ω.

Procedimiento

1. Cierre el interruptor y observe las dos bombillas.
2. Abra el interruptor.
3. En la tarjeta de parámetros de la bobina, reduzca la inductancia a 10 H y repita.

Resultado esperado

La bombilla con la resistencia se enciende al instante; la bombilla con la bobina se enciende uno o dos segundos después, y a partir de ahí su brillo es el mismo: las resistencias de las ramas son iguales. Tras abrir el interruptor, las dos bombillas se apagan a la vez, en alrededor de medio segundo: la corriente de la bobina sigue circulando por el lazo formado por las dos ramas y pasa por las dos bombillas. El tiempo de subida de la corriente es de unos \(L / R\). Con 10 H el retraso es diez veces más corto — alrededor de una décima de segundo, pero el ojo aún lo nota. Una bobina de 100 H con un devanado de 20 Ω es muy grande: en las bobinas escolares con núcleo de hierro \(L / R\) es una fracción de segundo, y el retraso en un banco real es igual de corto.

Preguntas

1. ¿Por qué una bobina impide que la corriente suba instantáneamente?
2. ¿Por qué las bombillas brillan igual en el régimen estacionario?

Respuestas

1. Cuando la corriente cambia, el campo magnético de la bobina cambia e induce una f.e.m. de autoinducción, proporcional a la rapidez del cambio, \(L \cdot \Delta I / \Delta t\), y dirigida en contra del cambio. Un salto brusco necesitaría una f.e.m. infinitamente grande, así que la corriente crece gradualmente, en un tiempo de unos \(L / R\): uno o dos segundos con 100 H en este banco.
2. En el régimen estacionario la corriente ya no cambia, así que no hay f.e.m. autoinducida, y la bobina se comporta como su devanado de 20 Ω. Las dos ramas tienen entonces una bombilla en serie con 20 Ω a la misma tensión, de modo que las corrientes y el brillo son iguales.