Autoinducción al abrir el circuito

Programas: APC, Sek II

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Objetivo

Observar la fuerza electromotriz (f.e.m.) autoinducida al abrir un circuito que contiene una bobina.

El montaje

Una fuente de 6 V, un interruptor (cerrado) y una bobina de 20 H con una resistencia del devanado de 50 Ω; en paralelo con la bobina — una bombilla de 6 V / 0,5 W. La bobina alcanza su corriente en un par de segundos tras abrirse la práctica: unos 0,12 A, 1,4 veces la corriente de la bombilla (0,083 A).

Procedimiento

1. Espere un par de segundos hasta que la corriente de la bobina se estabilice.
2. Ponga el valor de velocidad del reloj de simulación de la barra de herramientas en ×0.1 para que el destello se vea mejor, abra el interruptor y observe la bombilla.
3. Devuelva la velocidad a ×1, cierre el interruptor, espere de nuevo un par de segundos y ábralo.

Resultado esperado

Tras abrir el interruptor, la bombilla da un destello tres veces más brillante de lo normal y se apaga en décimas de segundo (a ×0.1, en un par de segundos). La bobina mantiene su corriente, y esta circula por la bombilla — unos 0,12 A, 1,4 veces su corriente nominal; la tensión en la bombilla sube brevemente hasta unos 9,3 V — más que la de la fuente. La bobina está elegida de modo que su corriente sea solo algo mayor que la de la bombilla: con una bobina que alcanzara el triple de corriente, la bombilla se fundiría la primera vez que se abriera el interruptor.

Preguntas

1. ¿De dónde sale la energía del destello?
2. ¿Por qué se conecta un diodo en paralelo con el devanado de un relé?

Respuestas

1. Del campo magnético de la bobina. A 0,12 A almacena \(W = L \cdot I^2 / 2\) = 20 · 0,12² / 2 ≈ 0,14 J; tras abrir el interruptor, esta energía mantiene la corriente circulando por la bombilla y se convierte en calor y luz en el filamento y en calor en el devanado de 50 Ω.
2. Cuando se desconecta un relé, su bobina mantiene su corriente, como hace la bobina de este banco. Sin un camino para esa corriente, la tensión autoinducida sube lo bastante como para saltar en chispa entre los contactos del interruptor o perforar el transistor que gobierna la bobina. El diodo, polarizado en inversa en funcionamiento normal, da a la corriente un lazo cerrado alrededor de la bobina, el papel que desempeña la bombilla en este banco, de modo que el interruptor ve poco más que la tensión de alimentación.