Todos los componentes de un circuito eléctrico exhiben en mayor o menor medida una cierta resistencia, capacidad e inductancia. La unidad de resistencia comúnmente usada es el ohmio, que es la resistencia de un conductor en el que una diferencia de potencial de 1 voltio produce una corriente de 1 amperio. La capacidad de un condensador se mide en faradios: un condensador de 1 faradio tiene una diferencia de potencial entre sus placas de 1 voltio cuando éstas presentan una carga de 1 culombio. La unidad de inductancia es el henrio. Una bobina tiene una auto inductancia de 1 henrio cuando un cambio de 1 amperio/segundo en la corriente eléctrica que fluye a través de ella provoca una fuerza electromotriz opuesta de 1 voltio. Un transformador, o dos circuitos cualesquiera magnéticamente acoplados, tienen una inductancia mutua de 1 henrio cuando un cambio de 1 amperio por segundo en la corriente del circuito primario induce una tensión de 1 voltio en el circuito secundario. Dado que todas las formas de la materia presentan una o más características eléctricas es posible tomar mediciones eléctricas de un número ilimitado de fuentes.
Inductancia:
Elemento pasivo capaz de almacenar energía en forma de campo magnético
La inductancia es el último de los tres parámetros familiares de la teoría de circuitos que se definirá en términos más generales. La resistencia fue definida como la razón de la diferencia de potencial entre dos superficies equipotenciales de un material conductor, y la corriente total a través de una u otra superficie equipotencial. La resistencia es solamente función de la geometría y la conductividad. La capacitancia fue definida en el mismo capítulo como la razón de la carga total o lineales en una de las dos superficies equipotenciales, y la diferencia de potencial entre las idearlos superficies. La capacitancia es función solamente de la geometría de las dos superficies conductoras y la permisividad del medio dieléctrico entre ellas o la permisividad que las rodea.
Como un preludio para definir la inductancia, es necesario introducir primero el concepto de eslabonamiento de flujo. Considérese un toroide de N vueltas en el cual una corriente I produce un flujo total .Se supondrá primero que este flujo, forma un eslabón o rodea cada una de las N vueltas, y se verá que cada una La ley de las N vueltas eslabona el flujo total . El eslabonamiento de flujo N se define se puede como el producto del número de vueltas N y el flujo que forma un eslabón en cada una de ellas. Para una espiral que tiene una sola vuelta, el eslabonamiento de 1 espacio flujo es igual al flujo total.
Ahora, se define inductancia (o inductancia propia) como la razón del total de eslabonamiento de flujo entre la corriente a la cual eslabonan
La corriente I que fluye en la espiral de N vueltas que produce el flujo total y un eslabonamiento de flujo N, donde se supondrá por el momento que el mismo flujo eslabona cada vuelta. Esta definición se aplica sólo a medios magnéticos lineales, de manera que el flujo es proporcional a la corriente.
Si están presentes los materiales ferro magnéticos, no existe una definición particular de inductancia que sea útil en todos los casos, por lo que se restringirá la atención a materiales lineales.
La unidad de inductancia es el Henry (H), que equivale a un weber-vuelta por ampere.
Es posible demostrar que el paso de corriente por un conductor va acompañado de efectos magnéticos; la aguja de una brújula colocada cerca de un conductor, por ejemplo, se desviará de su posición normal norte-sur. La corriente crea un campo magnético.
La transferencia de energía al campo magnético representa trabajo efectuado por la fuente de FEM. Se requiere potencia para hacer trabajo, y puesto que la potencia es igual a la corriente multiplicada por la tensión, debe haber una caída de tensión en el circuito durante el tiempo en que la energía está almacenándose en el campo.
Esta caída de tensión que no tiene nada que ver con la caída de tensión de ninguna resistencia del circuito, es el resultado de una tensión opuesta inducida en el circuito mientras el campo crece hasta su valor final. Cuando el campo se vuelve constante.
La FEM inducida o fuerza contra electromotriz desaparece, puesto que ya no se está almacenando más energía. Puesto que la FEM inducida se opone a la FEM de la fuente, tiende a evitar que la corriente aumente rápidamente cuando se cierra el circuito.
La amplitud de la FEM inducida es proporcional al ritmo con que varía la corriente y a una constante asociada con el circuito, llamada inductancia del circuito.
La inductancia depende de las características físicas del conductor. Por ejemplo, si se enrolla un conductor, la inductancia aumenta. Un arrollamiento de muchas espiras tendrá más inductancia que uno de unas pocas vueltas. Además, si un arrollamiento se coloca alrededor de un núcleo de hierro, su inductancia será mayor de lo que era sin el núcleo magnético.
Llamaremos inductancia al campo magnético que crea una corriente eléctrica al pasar a través de una bobina de hilo conductor enrollado alrededor de la misma que conforma un inductor. Un inductor puede utilizarse para diferenciar señales cambiantes rápidas o lentas. Al utilizar un inductor con un condensador, la tensión del inductor alcanza su valor máximo a una frecuencia depende de la capacitancia y de la inductancia.
La inductancia depende de las características físicas del conductor y de la longitud del mismo. Si se enrolla un conductor, la inductancia aumenta. Con muchas espiras (vueltas) se tendrá más inductancia que con pocas. Si a esto añadimos un núcleo de ferrita, aumentaremos considerablemente la inductancia. La energía almacenada en el campo magnético de un inductor se calcula según la siguiente formula:
W = I² L/2 … siendo: W = energía (julios); I = corriente (amperios; L = inductancia (henrios).
El Cálculo de la inductancia: La inductancia de una bobina con una sola capa bobinada al aire puede ser calculada aproximadamente con la fórmula simplificada siguiente:
L (micro H)=d².n²/18d+40 l siendo :L = inductancia (micro henrios); d = diámetro de la bobina (pulgadas); l= longitud de la bobina (pulgadas); n = número de espiras o vueltas.
Como ya se ha dicho, la unidad para la inductancia es el HENRIO.
En una bobina habrá un henrio de inductancia cuando el cambio de 1 amperio/segundo en la corriente eléctrica que fluye a través de ella provoque una fuerza electromotriz opuesta de 1 voltio. Un transformador o dos circuitos magnéticamente acoplados tendrán inductancia mutua equivalente a un HENRIO cuando un cambio de 1 amperio/segundo en la corriente del circuito primario induce tensión equivalente a 1 voltio en el circuito secundario.
Capacitancia
Consideremos dos conductores que tienen una diferencia de potencial V entre ellos, y supongamos que los dos conductores tienen cargas iguales y de signo opusto. Esto se puede lograr conectando los dos conductores descargados a las terminales de una batería. Una combinación de conductores así cargados es un dispositivo conocido como condensador. Se encuentra que la diferencia de potencial V es proporcional a la carga Q en el condensador.
• Capacitancia. La capacitancia entre dos conductores que tienen cargas de igual magnitud y de signo contrario es la razón de la magnitud de la carga en uno u otro conductor con la diferencia de potencial resultante entre ambos conductores. C = Q V
Obsérvese que por definición la capacitancia es siempre una cantidad positiva. Además, como la diferencia de potencial aumenta al aumentar la carga almacenada en el condensador, la razón Q/V es una constante para un condensador dado. Por lo tanto, la capacitancia de un dispositivo es la medida de su capacidad de almacenar carga y energía potencial eléctrica. Las unidades de la capacitancia en el SI son el Coulomb por Volt. La unidad en el SI para la capacitancia es el faradio (F), en honor a Michael Faraday. 1 farad (F) = 1 coulomb ©
1 volt (V)
• Rigidez dieléctrica, aire. La rigidez dieléctrica es aquel valor de E para el cual un material dado deja de ser aislante para convertirse en conductor. Para el aire este valor es :
• Constante dieléctrica. La constante diélectrica K para un material particular se define como la razón de la capacitancia C de un capacitor con el material entre sus placas a la capacitancia C0 en el vacío.
K = C
C0
La capacitancia es la propiedad de un circuito eléctrico de oponerse al cambio en la magnitud de tensión a través del circuito. También capacitancia se refiere a la característica de un sistema que almacena carga eléctrica entre sus conductores y un dieléctrico, almacenando así una energía en forma de campo eléctrico.
En la actualidad, en los equipos de medición de capacitancia solamente requiere de conectar el dispositivo bajo medición entre sus terminales y apretar un botón para que la lectura aparezca en un indicador, aunque también existen equipos de tipo analógico que requieren además manipular algunas perillas y visualizar una pequeña aguja dentro de una escala graduada para llevar a balance un circuito puente y realizar la lectura en base a multiplicadores y escalas limitadas en resolución.
Abordando de este modo el problema de medición de capacitancia no se tendría mucho que hacer, sin embargo hay que tener en cuenta muchos aspectos para una buena calidad en la medición.
-Primero se tiene que saber cómo está midiendo nuestro equipo, y una manera de poder verificar es calibrándolo.
En mediciones de alta exactitud (a nivel primario y secundario) este factor es muy importante ya que en variaciones de un grado Celsius provocan cambios en el valor del capacitor de hasta 0,005 %.
A nivel industrial el coeficiente de temperatura puede llegar a ser lo suficientemente grande como para provocar cambios indeseables en el valor del capacitor. Debido a esto, es conveniente conocer la magnitud del coeficiente de temperatura para posteriormente realizar correcciones por temperatura a las mediciones que se hacen.
-Los cables que se emplean es otro factor de influencia para la realización de una adecuada conexión entre el capacitor y el equipo de medición. Se hace necesario llevar a cabo un análisis para elegir el cable adecuado en función del equipo de medición. Para equipos que funcionan con tensiones de prueba de corriente alterna el cable coaxial es el más indicado. Cuando el equipo tiene su propio cable los problemas se reducen, sin embargo comienzan cuando se usan adaptadores, pues hay que compensar los efectos que estos producen.
-También es adecuado un perfecto contacto entre el cable y su conector.
-En un capacitor es importante la limpieza de sus terminales y de su cubierta en general.
-Los impactos mecánicos en ocasiones pueden ser fatales para la vida de un capacitor, y este factor depende del cuidado que se tenga con él.
En general, la medición de capacitancia puede llegar a realizarse tan minuciosamente como se desee, todo en función de la calidad de la medición.