Inductancia
Cambia la corriente deprisa y observa la fuerza contraelectromotriz
La hélice dorada es la bobina, y las líneas celestes son el flujo magnético que la atraviesa. Al aumentar con el deslizador la tasa de cambio de la corriente, se alargan las flechas rojas sobre la bobina, la fuerza contraelectromotriz que se opone al cambio. Las flechas cambian mucho entre variar la corriente despacio y hacerlo deprisa, y cuando la corriente es constante (tasa 0), la fuerza contraelectromotriz desaparece.
Inercia magnética
Al hacer pasar corriente por una bobina se crea un campo magnético alrededor y dentro de ella (EM-13·14), y se acumula flujo magnético a través de la bobina. Este flujo es proporcional a la corriente. Si cambias la corriente, el flujo cambia con ella, y un flujo que cambia dentro de la bobina produce en ella una fuerza electromotriz que se opone al cambio. Igual que un objeto pesado se resiste a cambiar de velocidad, la bobina se resiste a cambiar de corriente, y el tamaño de esta inercia magnética es la inductancia.
Autoinductancia L = NΦ/I
Si la bobina tiene N vueltas, el flujo se enlaza N veces con la corriente. Ese conjunto de flujo, el enlace de flujo, dividido entre la corriente es la inductancia. L = NΦ/I. Si la corriente se duplica, el flujo también, así que su cociente, la inductancia, no cambia. Lo que fija la inductancia no es la corriente ni el flujo, sino la forma de la bobina, es decir, el número de vueltas, la sección y la longitud, junto con el material que la llena. Es exactamente la misma estructura que la capacitancia fijada por la forma y el material.
La fcem que se opone al cambio
Cuando cambia la corriente, cambia el flujo, y un flujo que cambia produce una fuerza electromotriz según la ley de Faraday (EM-20). En una bobina esa fuerza electromotriz es ε = -L dI/dt. Lo esencial es el signo menos. La fuerza electromotriz siempre aparece en el sentido que se opone al cambio de corriente; es la ley de Lenz. Frena el aumento y retiene la disminución, así que la corriente en una bobina no puede cambiar de golpe y lo hace con suavidad. Cuanto más rápido es el cambio (dI/dt grande), más fuerte es la fuerza contraelectromotriz.
La energía de la bobina
Aumentar la corriente de una bobina exige hacer trabajo contra la fuerza contraelectromotriz, y ese trabajo se guarda como energía. La energía almacenada es U = ½LI², muy parecida al ½CV² de un condensador, y está en el campo magnético que crea la bobina (EM-19). La inductancia de un solenoide es L = μ₀N²A/l, proporcional al cuadrado del número de vueltas. Llenarla de un material magnético, como un núcleo de hierro, aumenta mucho la inductancia (EM-18), pero si la corriente crece tanto que el núcleo se satura, la inductancia vuelve a bajar. Por eso los inductores se usan como componentes que suavizan corrientes y guardan energía por un momento.
De vuelta a la primera pantalla
En la primera pantalla, al cambiar la corriente despacio la fuerza contraelectromotriz de la bobina era pequeña, y cuanto más deprisa la cambiabas, más bruscamente crecía, porque es proporcional a la tasa de cambio. ε = -L dI/dt. Con la corriente constante (tasa 0), la fuerza contraelectromotriz también era 0. Esa constante de proporcionalidad es la inercia magnética de la bobina, la inductancia. La inductancia la fija la forma de la bobina, no la corriente (L = NΦ/I), y por esta inercia la corriente de una bobina no puede cambiar de golpe.
Llenar una bobina con un material magnético, como un núcleo de hierro, hace que la magnetización multiplique el campo magnético por μr, y la inductancia crece en la misma medida. Es la pareja magnética de un dieléctrico que aumenta la capacitancia. La próxima unidad (EM-18 materiales magnéticos y magnetización) trata la magnetización M y la permeabilidad relativa μr, y el ½LI² almacenado en una bobina se vuelve a ver como energía del campo en EM-19 energía magnética.