Autoinducción – circuito RL y constante de tiempo τ = L/R
FísicaCampos eléctricos y magnéticosEdades 17–18Laboratorio virtual
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Construye un solenoide (espiras, longitud, radio, núcleo de hierro) para obtener L = μ₀μᵣN²A/l y luego cierra y abre un circuito RL: la corriente crece y decae exponencialmente con τ = L/R, la fem inducida es −L·di/dt y la bobina almacena ½LI²; una lámpara se enciende con retraso al cerrar y destella al abrir. Otras pantallas miden L con una corriente triangular, muestran la inducción mutua con y sin núcleo de hierro y comparan la resistencia de la bobina en continua con su impedancia en alterna.
Lección: Autoinducción, circuitos RL e inducción mutua
Qué muestra
Cuando cambia la corriente en una bobina, cambia su propio flujo magnético y se induce una fem ε = −L·di/dt que se opone al cambio (ley de Lenz). En un solenoide largo L = μ₀μᵣN²A/l, y más espiras o un núcleo de hierro la aumentan mucho. Con una resistencia R la corriente no salta: crece como I = (ε/R)(1 − e^(−t/τ)) y decae como I₀e^(−t/τ), con constante de tiempo τ = L/R, y la bobina almacena la energía ½LI². El modelo trata la bobina como un solenoide ideal en serie con la resistencia r de su hilo, las lámparas como resistencias fijas y el diodo como ideal.
Cómo usarla
Pulsa Cerrar K o toca el interruptor: la corriente y la marca del 63 % aparecen a cámara lenta, y el τ medido pasa a la Tabla de resultados. Elige un circuito con lámparas para ver una lámpara encenderse tarde o destellar. En Corriente triangular, anota la tensión de la bobina y |di/dt|; en Inducción mutua, compara Aire y Núcleo de hierro; en Continua / alterna, anota V e I con ambas fuentes. Desmarca Mostrar valores teóricos (L, τ, M, Z) y responde cada tarea.
Parámetros que puedes cambiar
- Pantalla Conmutación de un circuito RL, Corriente triangular, Inducción mutua, Continua y alterna
- Número de espiras N 100–2000
- Longitud de la bobina l 5–50 cm
- Radio de la bobina 0,5–4 cm
- Núcleo Aire, Hierro
- Permeabilidad relativa μᵣ del núcleo de hierro 10–2000
- Resistencia de la bobina r 1–50 Ω
- Fem de la fuente ε (tensión V en la pantalla de continua/alterna) 1–12 V
- Resistencia R 1–200 Ω
- Circuito (pantalla de conmutación) R en serie con la bobina, diodo al abrir, Dos lámparas: la de la bobina se enciende tarde, Lámpara en paralelo con la bobina: destella al abrir
- Espiras del secundario N₂ (inducción mutua) 100–2000
- Cómo cambia la corriente del primario (inducción mutua) Cerrar/abrir K, Subida o bajada uniforme en 0,5 s
- Frecuencia de la corriente triangular 5–1000 Hz
- Amplitud de la corriente triangular Iₘ 1–100 mA
- Frecuencia de la alterna 10–1000 Hz
- Mostrar valores teóricos (L, τ, M, Z)
Preguntas para explorar
- ¿Cómo cambian la inductancia L y la constante de tiempo τ si duplicas el número de espiras?
- ¿Por qué destella una lámpara conectada en paralelo con una bobina al abrir el interruptor?
- ¿Por qué una bobina con núcleo de hierro deja pasar mucha menos corriente alterna que continua?
