Tomo una batería de 12 voltios, tomo un electroimán fuerte y lo enciendo.
Luego toco los dos terminales que están actualmente conectados, un terminal de la batería y un terminal del electroimán.
Cuando desconecto el terminal del electroimán a un terminal de la batería, mientras sigo colocando mi pulgar sobre el terminal del electroimán y la batería, recibo una pequeña descarga.
Sé que el inductor libera un voltaje más alto cuando se desconecta, pero ¿por qué?
•El campo magnético se induce con un inductor con X cantidad de vueltas cuando la batería está conectada.
• La batería ahora se libera y el campo magnético se cierra e induce una corriente en el inductor con X cantidad de vueltas.
Aquí es donde estoy confundido: ambas X tienen la misma cantidad de giros, por lo tanto, una proporción de 1 a 1. ¿Por qué hay diferentes voltajes presentes con la misma fuente de voltaje, una batería de 12 voltios?
Las corrientes cambiantes en un inductor dan como resultado cambios en el flujo magnético en el inductor. Luego, dado que el flujo cambió, el voltaje inducido también cambia. Es por eso que
Por lo tanto, cuando desconecta el inductor, la corriente cambia de lo que sea a 0 en muy poco tiempo. La resultante se vuelve muy grande haciendo que el voltaje inducido sea muy grande.
Cuando desconecte la batería, el campo magnético del inductor colapsará. Este campo magnético colapsado producirá corriente. Sin embargo, dado que el circuito está abierto, los electrones en movimiento (corriente) no tienen adónde ir sino acumularse en el extremo abierto del circuito, lo que produce un alto voltaje. Ese es el pequeño shock que sentiste.
Un inductor (L) siempre tiene una capacitancia parásita (C) en sus dos lados, básicamente debido al cableado y al interruptor del inductor. Este inductor/condensador se convierte en un circuito LC oscilante con energía que oscila entre la de un campo magnético (corriente en el inductor) y un campo eléctrico (voltaje a través del inductor). Haz que todo sea superconductor para evitar efectos de resistencia un tanto inmateriales para el argumento. Con las condiciones iniciales de algo de corriente I_0 que ya fluye en el inductor (y una carga sin importancia Q_0 en el capacitor), se abre el interruptor. Antes de que ocurra la chispa, se establece una gran oscilación de corriente/voltaje entre los dos lados del inductor que tiene una gran frecuencia angular omega = 1/sqrt (LC). Sin forma de chispa a través de los dos extremos y sin resistencia en el circuito, la amplitud de las oscilaciones continúa con energía 1/2 LI^2 + 1/2 CV^2 conservada. Esta expresión relaciona la amplitud de la oscilación de voltaje con las condiciones iniciales (casi todas desde I_0) y conduce a un pico de voltaje muy grande V_p = L omega I_0. La oscilación hace que el voltaje en el interruptor crezca hacia el voltaje máximo, pero antes de alcanzar ese pico, alcanza el voltaje necesario para la ruptura y se produce una chispa.
daniel tork