Bobinas y transformadores

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Bobinas y transformadores
José Nicolás Arroyo Jiménez, código: 285679
Resumen
Las bobinas y los transformadores son creaciones que han revolucionado al mundo. Sus características físicas permitieron
su implementación en la vida diaria, tanto que es poco probable que en un hogar no se encuentre uno de ellos. Estas
particularidades de las bobinas y transformadores se relacionan con voltajes, campos magnéticos, inducción, etc. El
entendimiento de estos inventos es indispensable para comprender los fenómenos que nos rodean.
Palabras claves: Voltaje, inducción de corriente, campo magnético.
1. Introducción
Las bobinas y transformadores funcionan de manera
parecida, pero ambos deben su invención al
descubrimiento de la relación entre electricidad y
magnetismo. El descubrimiento lo hizo un físico y
químico danés de apellido Ørsted, cuando por
accidente pasó una brújula por un alambre que llevaba
una corriente, y ésta se desvió. Este fue el punto de
partida para el electromagnetismo y para grandes
desarrollos en la física y en la sociedad como se
conoce.
Fig. 1: Espira rectangular, que conduce una corriente y sometida a un
campo magnético genera una fuerza.
Se observó un comportamiento muy particular en la
espira circular, se observo que en el centro el campo
era totalmente paralelo al vector área de la misma.
Esto trajo como consecuencia el experimentar con
más de una espira, y se hicieron arrollamiento de
alambre, que dio como resultado lo siguiente:
Tras conocer esta relación, algunas personas
empezaron a estudiar estos fenómenos y el más
conocido es André-Marie Ampère, quien estableció,
matemáticamente, muchas de las relaciones que hoy
en día se usan en esta área. Gracias a este trabajo se
pudo estudiar las posibilidades que otorgaba este
campo de la física, hasta el punto en el que se crean las
bobinas y transformadores.
2. Funcionamiento
2.1. Bobina
Gracias a los estudios del electromagnetismo se pudo
saber que siempre que una corriente fluía producía un
campo alrededor de él, que en una trayectoria circular,
perpendicular al conductor la magnitud del campo
magnético es igual. Este comportamiento incitó a
experimentar con diferentes formas de alambre, es
decir, un conductor de forma rectangular, circular, etc.
Fig. 2: Campo generado por solenoide
Además, se vio que si no se deja espacio entre espira y
espira, y se aíslan para que no hagan corto entre ella se
eliminan los pequeños campos que se forman
alrededor del conductor y que le quitan la uniformidad
al flujo que se quiere.
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2.2 Transformador
Después se descubrió que no sólo se producía un
campo al pasar una corriente, también se podía generar
un voltaje y por ende una corriente a través de un
conductor si se varía el flujo del campo magnético.
Éste es el principio básico de funcionamiento de un
transformador.
Los transformadores son dispositivos diseñados para
subir o disminuir el voltaje. Constan de dos bobinas,
del mismo núcleo ya sea ferro-magnético, de aire, etc.
que deben conectarse a una fuente de corriente o
voltaje no continua, comúnmente una señal sinusoidal.
Al ser no continua se cambia la corriente en la primera
bobina y el campo magnético de la misma con el
tiempo. Como el campo generado por la primera
bobina varía, el flujo, en el segundo arrollamiento,
también y esto genera una diferencia de potencial
entre los dos terminales de la segunda bobina. Los
inductores que conforman el transformador tienen las
mismas características, generalmente, como el radio,
material de conductor, núcleo (aire, férrico, etc.). Sólo
varía el número de espiras de cada una, facilitando la
predicción en el comportamiento y permitiendo
relacionar, por medio de una fórmula sencilla, lo que
se desea conocer:
Fig. 3: Transformador variable con entrada de 120VRMS
2.3 Almacenamiento de energía
Las bobinas almacenan energía en forma de campo
magnético. Si se deja una bobina conectada por mucho
tiempo, y después se desconecta y se conecta a un
objeto como en el siguiente circuito:
𝑁𝑝 𝑉𝑝
=
𝑁𝑠 𝑉𝑠
Donde Np y Vp son el número de espiras y voltaje,
respectivamente, de la primera bobina y Ns y Vs son el
número de espiras y voltaje, respectivamente, de la
segunda bobina.
Nos daremos cuenta que la bobina sigue con una
corriente que después de cierto tiempo es cero, si se
conecta un LED, se puede apreciar.
También existen transformadores variables. Estos
permiten variar el número de espiras en la segunda
bobina cambiando el punto de salida en la misma, y
así variar el voltaje de salida según se desee.
3. Aplicaciones
Los transformadores se usan en todos los lugares,
desde una central eléctrica hasta una casa. Estos
instrumentos se usan para facilitar el transporte de
carga. Es mucho más fácil para las empresas de
electricidad manejar voltajes altos y en las casas
disminuirlos, aquí intervienen los transformadores,
para disminuir un voltaje muy alto a comúnmente
120V.
En las casas, los aparatos electrónicos, trabajan con
voltajes menores a 15V y sería demasiado complicado
estar con baterías no recargables todo el tiempo. Aquí
Fig. 2: Transformador con núcleo de hierro
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[5]En
Línea,
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de
mayo
de
2010:
http://books.google.com.co/books?id=cGTl99kok9UC&pg=
PT347&dq=campo+magn%C3%A9tico+bobina&hl=es&ei=
C84BTN_7IMP48Aa06DVDQ&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=3&ved
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A9tico%20bobina&f=false
intervienen los transformadores disminuyendo el
voltaje a uno práctico para elementos digitales.
Las bobinas se usan muy comúnmente para hacer
cambios de energía mecánica a eléctrica y viceversa.
Por ejemplo, en las hidroeléctricas, el agua mueve un
eje que está sujeto a un imán, como éste cambia el
flujo genera un voltaje en la bobina y se tiene una
corriente. Si se hace fluir una corriente por una bobina
generará un campo que cambia, y si hay un eje con un
imán girará. Este es el funcionamiento de los
ventiladores. Las bobinas además se usan para impedir
cambios abruptos en la corriente del hogar.
4. Conclusiones



El uso de transformadores en la vida diaria del
humano, han hecho que las cosas se vuelvan más
portátiles y más prácticas. Esto es un fuerte
impacto a la cotidianidad, por ejemplo, la vida ya
no se conoce sin celular.
Las bobinas tienen tanto impacto, que se han
convertido en la nueva alternativa para los motores
y cuidar el medio ambiente. Ayudando a la
recuperación ecológica de la tierra.
Los avances en electromagnetismo han impactado
en el humano y han hecho que la vida diaria sea así
como la conocemos, y son cosas que afectan tanto
que no se pueden ya dejar a un lado.
Referencias
[1]
Serway, R.: “Physics". Editorial: McGraw Hill. 3° edición.
1992. Pp. 860-863.
[2] En
Línea,
25
de
mayo
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http://books.google.com.co/books?id=P62ebMavSIIC&print
sec=frontcover&dq=transformadores&hl=es&ei=5ssBTL6T
GoH-8AaSdilDQ&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=1&ved=
0CC0Q6AEwAA#v=onepage&q&f=false
[3] En
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CCMoG78gaJrqWbDQ&sa=X&oi=book_result&ct=result&
resnum=2&ved=0CC8Q6AEwAQ#v=onepage&q=transform
adores%20bobinas&f=false
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http://books.google.com.co/books?id=PAoPY6xzkl0C&print
sec=frontcover&dq=bobinas&source=gbs_slider_thumb#v=
onepage&q=bobinas&f=false
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