FEM: Finite element method

Electrónica. Corriente. Resistencia. Energía eléctrica. Generadores. Fuerza electromotriz. Batería. Energía química. Energía mecánica. Inducción

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FEM

Para mantener una corriente en una resistencia o alambre, se necesita una fuente constante de energía eléctrica. Dos fuentes comunes son las baterías y los generadores eléctricos. A una fuente tal de energía eléctrica se le denomina sede de fuerza electromotriz, o simplemente, una fem. En tal dispositivo, energía de algún tipo determinado es convertida en energía eléctrica. En una batería, es energía química y en un generador es energía mecánica. Para la fem se empleará el símbolo ε:

Donde es la energía eléctrica dada a una carga al pasar a través de la sede de fem.

INDUCCIÓN MUTUA

Cuando dos bobinas se colocan una cerca de la otra, al pasar una corriente i por una de ellas, creará un campo magnético cuyo flujo penetrará a través de la otra, de tal manera que se puede inducir una fem en cada una por el efecto de la otra. La bobina por la que circula la corriente en forma inicial recibe el nombre de bobina primaria, y en la que se induce una fem, bobina secundaria. El valor de la fem secundaria inducida es directamente proporcional a la rapidez con que cambia la corriente en la bobina primaria Matemáticamente se expresa como:

despejando el valor de M tenemos:

donde: M es constante que recibe el nombre de inducción mutua del sistema de dos bobinas.

AUTOINDUCCIÓN

La autoinducción es la producción de una fem en un circuito por la variación de la corriente en ese circuito. La fem inducida siempre se opone al cambio de corriente. La capacidad de una bobina de producir una fem autoinducida se mide por una magnitud llamada inductancia. La bobina es conocida como “autoinductor” o simplemente inductor. En muchos circuitos de corriente alterna se utilizan inductores o bobinas con el objeto de producir deliberadamente inductancia en el circuito; cuando ésta posee un gran número de espiras tiene un valor alto de inductancia, mientras que en caso contrario su valor es pequeño. Cuanto mayor sea la inductancia, más lentamente se elevará o descenderá la corriente dentro de la bobina.

La unidad de inductancia es el henry (H), llamado así en honor de Joseph Henry (1797 - 1878), maestro y físico norteamericano pionero del estudio del electromagnetismo.

Como el fenómeno de la inductancia se debe a que un cambio de corriente en una bobina induce una fem en ella, el henry se puede definir en términos de la fem inducida por una unidad de rapidez de cambio de la corriente. Por tanto, la inductancia equivale a un henry si la rapidez de cambio de la corriente es de un amper por segundo e induce una fem de un volt. Matemáticamente se expresa por:

o bien, si despejamos a la fem inducida:

donde:

L = inductancia, expresada en volts - segundo/amper = henry (H).

ε = fem inducida, medida en volts (V).

= cambio de la corriente en ampers (A). La letra i indica que es una corriente inducida.

= tiempo en el que se efectúa el cambio en la corriente, medido en segundos (s).

El signo negativo indica que la fem autoinducida ε es una fuerza llamada contraelectromotriz que se opone al cambio en la corriente.

La forma geométrica de la bobina afecta su inductancia. Por ello, existen inductores de diversos tamaños y formas en los que varia el número de espiras y la longitud del conductor; algunos tienen núcleo de fierro y otros no. Para el caso de una bobina larga de sección transversal uniforme, la inductancia se calcula con la expresión:

donde:

L = inductancia de la bobina, expresada en henrys (H).

μ = permeabilidad magnética del núcleo, medida en webers/amper-metro (Wb/A m).

N = número de espiras en la bobina.

A = área de la sección transversal del núcleo en metros cuadrados (m2).

l = longitud de la bobina, en metros (m).