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Induccion mutua entre bobinas (fundamento transformador y antenas radio)

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Published on Feb 10, 2009

En este vídeo se puede ver el principio básico del transformador. Una bobina por la que pasa una corriente variable crea un campo magnético variable. En su proximidad, otra bobina está conectada a unos leds para comprobar que, cuando las dos bobinas están cerca, se produce transferencia de energía entre ellas.

http://www.youtube.com/watch?v=JmUSL2...

http://www.youtube.com/watch?v=bkSsgT...

http://youtu.be/NZSEXf9FLj8

También se puede observar que cuando las espiras se colocan de forma que el flujo magnético concatenado es nulo (por ejemplo, disponiendo las espiras perpendiculares), los leds no se encienden ya que no existe fuerza electromotriz sobre la segunda espira (ley de Faraday-Lenz)

Aunque por la distancia a la que están las bobinas el campo electromagnético no corresponde a la aproximación lejana (onda electromagnética), también puede servir para explicar el funcionamiento de antenas como las que se utilizan en los receptores de radio AM (la típica barra de ferrita) y de tipo LOOP (para bajas frecuencias)
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Nota sobre la construcción:

En este vídeo, la bobina se alimenta con un transformador ELECTRÓNICO de foco halógeno que proporciona 12 V a unos 44 kHz (en realidad la tensión que da este este tipo de transformadores es la señal de 50 Hz chopeada a unos 42-44 kHz, dependiendo del modelo). Esto permite utilizar bobinas de menos vueltas (la fuerza electromotriz inducida es proporcional a la frecuencia).
La bobina del vídeo es de cable barnizado (aislado) de aluminio y 0,78 mm2 dispuesto en 11 vueltas coplanarias (diámetros de 60 mm a 84 mm). Su tamaño se ha elegido pra que la corriente que circula por ella sea pequeña y no se caliente. Conviene que el cable de la bobina inductora sea rígido para dar solidez mecánica (la bobina inductora está sujeta con cinta transparente tipo "celo" y la inducida con bridas).

Para calcular la corriente por la bobina inductora, podrías calcular la inductancia de la bobina:
L = mu0*N^2*(D/2)*(ln(8*D/a) - 2 + Y)
N = número de vueltas de la bobina
D = diámetro de la espira circular (circular loop)
a= diámetro medio del agrupamiento de cables (grosor de la bobina).
Dcable*raiz(N) (menor que) a (menor que) Dcable*N
mu0 = 1,256E-6 (permeabilidad del vacío)
Y ~ 1/4 a bajas frecuencias o cables finos. (Y ~ 0 a altas frecuencias/cables gruesos por efecto skin).
Para más detalles:
http://zaguan.unizar.es/record/3382/f...
http://en.wikipedia.org/wiki/Inductance
http://www.qsl.net/in3otd/indcalc.html
http://www.moshier.net/coildoc.html

La bobina inducida debe tener muchas vueltas (cuantas más mejor siempre que su frecuencia de resonancia no sea inferior a la del transformador).Es importante que la frecuencia de resonancia de la bobina inducida con los leds esté próxima a la del transformador para que se produzca un buen acoplamiento magnético.

Para hacer la bobina inducida se puso un tape de conserva entre dos CDROM y se hizo girar con un taladro a la mínima velocidad.

La bobina que funciona mejor está hecha con unas 212 espiras de cable de radio 0,2 mm y grosor de la bobina a = 7,5 mm, por lo que su inductancia teórica es de 0,008 H (el valor medido a 41 kHz es sólo 0,003 H por la capacidad parásita con unos 62 Ohm de resistencia de radiación). Se ha puesto tres diodos de alta eficiencia rojos y tres diodos blancos para que se vea más. La bobina resonaba a unos 98 kHz, por lo que estimo que la capacidad parásita de la bobina + diodos era de unos 400 pF. Se conectó en paralelo con los diodos un condensador de 1 nF para hacer bajar la frecuencia de resonancia hasta 44 kHz (conecté la bobina inductora a un generador de señales y observé que para que se obtuviera la máxima iluminación con el led, era necesario añadir ese condensador).

El cable que hemos utilizado es rígido y lo compramos barnizado También sirve el cable aislado con cubierta de plástico. El cable de 0,2 mm de radio es de la casa AVISOR, mide unos 67 m y tiene una resistencia de unos 9 Ohmn.

NOTA PARA AUMENTAR EL CAMPO RADIADO POR LA BOBINA INDUCTORA: Se puede conectar en SERIE con ella un condensador para alterna de más de 80 nF (poner un fusible o una lámpara halógena en serie para limitar corriente en caso de resonancia). El condensador nunca debe conectarse en pararalelo y debe ser de un valor grande. Para encontrar un condensador adecuado, hay que empezar utilizando un condensador grande (del orden de 1000 nF) y bajar (hasta unos 82 nF) controlando que no se dispare la corriente, la tensión en bornes del condensador o su temperatura.
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Joaquín Mur Amada
joaquin.mur@unizar.es
http://www.unizar.es/icee04/innovadoc

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