Diferencia clave: inductancia frente a capacitancia
La inductancia y la capacitancia son dos de las propiedades principales de los circuitos RLC. Los inductores y capacitores, que están asociados con la inductancia y la capacitancia respectivamente, se usan comúnmente en generadores de formas de onda y filtros analógicos. La diferencia clave entre inductancia y capacitancia es que la inductancia es una propiedad de un conductor que transporta corriente que genera un campo magnético alrededor del conductor, mientras que la capacitancia es una propiedad de un dispositivo para retener y almacenar cargas eléctricas.
¿Qué es la inductancia?
La inductancia es "la propiedad de un conductor eléctrico por la cual un cambio en la corriente a través de él induce una fuerza electromotriz en el propio conductor". Cuando un alambre de cobre se enrolla alrededor de un núcleo de hierro y los dos bordes de la bobina se colocan en los terminales de la batería, el ensamblaje de la bobina se convierte en un imán. Este fenómeno ocurre debido a la propiedad de la inductancia.
Teorías de la inductancia
Hay varias teorías que describen el comportamiento y las propiedades de la inductancia de un conductor que lleva corriente. Una teoría inventada por el físico Hans Christian Ørsted establece que un campo magnético, B, se genera alrededor del conductor cuando una corriente constante, I, lo atraviesa. A medida que cambia la corriente, también lo hace el campo magnético. La ley de Ørsted se considera como el primer descubrimiento de la relación entre la electricidad y el magnetismo. Cuando la corriente se aleja del observador, la dirección del campo magnético es en el sentido de las agujas del reloj.
Figura 01: Ley de Oersted
Según la ley de inducción de Faraday, un campo magnético cambiante induce una fuerza electromotriz (EMF) en los conductores cercanos. Este cambio del campo magnético es relativo al conductor, es decir, el campo puede variar o el conductor puede moverse a través de un campo constante. Esta es la base más fundamental de los generadores eléctricos.
La tercera teoría es la ley de Lenz, que establece que la FEM generada en el conductor se opone al cambio del campo magnético. Por ejemplo, si se coloca un cable conductor en un campo magnético y se reduce el campo, se inducirá una FEM en el conductor de acuerdo con la Ley de Faraday en una dirección en la que la corriente inducida reconstruirá el campo magnético reducido. Si el cambio del campo magnético externo d φ es constructivo, la FEM (ε) inducirá en la dirección opuesta. Estas teorías se han molido a muchos dispositivos. Esta inducción EMF en el propio conductor se denomina autoinducción de la bobina, y la variación de la corriente en una bobina también podría inducir una corriente en otro conductor cercano. Esto se llama inductancia mutua.
ε=-dφ/dt
Aquí, el signo negativo indica la oposición de la EMG al cambio del campo magnético.
Unidades de inductancia y aplicación
La inductancia se mide en Henry (H), la unidad SI que lleva el nombre de Joseph Henry, quien descubrió la inducción de forma independiente. La inductancia se indica como 'L' en los circuitos eléctricos después del nombre de Lenz.
Desde la campana eléctrica clásica hasta las modernas técnicas inalámbricas de transferencia de energía, la inducción ha sido el principio básico de muchas innovaciones. Como se mencionó al principio de este artículo, la magnetización de una bobina de cobre se utiliza para timbres y relés eléctricos. Se utiliza un relé para conmutar corrientes grandes usando una corriente muy pequeña que magnetiza una bobina que atrae un polo de un interruptor de corriente grande. Otro ejemplo es el interruptor de disparo o el disyuntor de corriente residual (RCCB). Allí, los cables vivo y neutro del suministro pasan a través de bobinas separadas que comparten el mismo núcleo. En condiciones normales, el sistema está equilibrado ya que la corriente en vivo y en neutro es la misma. Ante una fuga de corriente en el circuito doméstico, la corriente en las dos bobinas será diferente, creando un campo magnético desequilibrado en el núcleo compartido. Por lo tanto, un polo del interruptor atrae al núcleo, desconectando repentinamente el circuito. Además, se podrían dar otros ejemplos, como transformadores, sistemas RF-ID, métodos de carga de energía inalámbricos, cocinas de inducción, etc.
Los inductores también son reacios a los cambios repentinos de corriente a través de ellos. Por lo tanto, una señal de alta frecuencia no pasaría por un inductor; solo pasarían los componentes que cambian lentamente. Este fenómeno se emplea en el diseño de circuitos de filtros analógicos de paso bajo.
¿Qué es la capacitancia?
La capacitancia de un dispositivo mide la capacidad de retener una carga eléctrica en él. Un condensador básico está compuesto por dos películas delgadas de material metálico y un material dieléctrico intercalado entre ellas. Cuando se aplica un voltaje constante a las dos placas de metal, se almacenan cargas opuestas en ellas. Estos cargos permanecerán incluso si se elimina el voltaje. Además, cuando se coloca la resistencia R conectando las dos placas del capacitor cargado, el capacitor se descarga. La capacitancia C del dispositivo se define como la relación entre la carga (Q) que contiene y el voltaje aplicado, v, para cargarlo. La capacitancia se mide en faradios (F).
C=Q/v
El tiempo necesario para cargar el capacitor se mide por la constante de tiempo dada en: R x C. Aquí, R es la resistencia a lo largo de la ruta de carga. La constante de tiempo es el tiempo que tarda el condensador en cargar el 63 % de su capacidad máxima.
Propiedades de la capacitancia y aplicación
Los capacitores no responden a corrientes constantes. Al cargar el capacitor, la corriente a través de él varía hasta que está completamente cargado, pero después de eso, la corriente no pasa a lo largo del capacitor. Esto se debe a que la capa dieléctrica entre las placas de metal convierte al condensador en un "interruptor de apagado". Sin embargo, el capacitor responde a corrientes variables. Al igual que la corriente alterna, el cambio del voltaje de CA podría cargar o descargar aún más un capacitor, lo que lo convierte en un "interruptor de encendido" para los voltajes de CA. Este efecto se utiliza para diseñar filtros analógicos de paso alto.
Además, también hay efectos negativos en la capacitancia. Como se mencionó anteriormente, las cargas que transportan corriente en los conductores generan capacitancia entre sí y con los objetos cercanos. Este efecto se denomina capacitancia parásita. En las líneas de transmisión de energía, la capacitancia parásita podría ocurrir entre cada línea, así como entre las líneas y la tierra, las estructuras de soporte, etc. Debido a las grandes corrientes que transportan, este efecto parásito afecta considerablemente las pérdidas de energía en las líneas de transmisión de energía.
Figura 02: Condensador de placas paralelas
¿Cuál es la diferencia entre inductancia y capacitancia?
Inductancia frente a capacitancia |
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| La inductancia es una propiedad de los conductores que transportan corriente que genera un campo magnético alrededor del conductor. | La capacitancia es la capacidad de un dispositivo para almacenar cargas eléctricas. |
| Medida | |
| La inductancia se mide por Henry (H) y se simboliza como L. | La capacitancia se mide en faradios (F) y se simboliza como C. |
| Dispositivos | |
| El componente eléctrico asociado con la inductancia se conoce como inductores, que generalmente se enrolla con un núcleo o sin núcleo. | La capacitancia está asociada con los capacitores. Hay varios tipos de capacitores que se usan en los circuitos. |
| Comportamiento ante un cambio de voltaje | |
| Respuesta de los inductores a voltajes que cambian lentamente. Los voltajes de CA de alta frecuencia no pueden pasar a través de los inductores. | Los voltajes de CA de baja frecuencia no pueden pasar a través de los capacitores, ya que actúan como una barrera para las bajas frecuencias. |
| Usar como filtros | |
| La inductancia es el componente dominante en los filtros de paso bajo. | La capacitancia es el componente dominante en los filtros de paso alto. |
Resumen: inductancia frente a capacitancia
La inductancia y la capacitancia son propiedades independientes de dos componentes eléctricos diferentes. Mientras que la inductancia es una propiedad de un conductor que transporta corriente para generar un campo magnético, la capacitancia es una medida de la capacidad de un dispositivo para retener cargas eléctricas. Ambas propiedades se utilizan en diversas aplicaciones como base. Sin embargo, estos también se convierten en una desventaja en términos de pérdidas de energía. La respuesta de la inductancia y la capacitancia a corrientes variables indica un comportamiento opuesto. A diferencia de los inductores que pasan voltajes de CA de cambio lento, los capacitores bloquean los voltajes de baja frecuencia que pasan a través de ellos. Esta es la diferencia entre inductancia y capacitancia.
