¿Por qué la inductancia (L) es proporcional a los turnos cuadrados (N²)?

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Partimosdela ecuación de Maxwell

$$ \ mathbf {\ nabla} \ times \ mathbf {B} = \ mu \ mathbf {J} + \ overbrace {\ mu \ epsilon \ dfrac {\ partial \ mathbf {E}} {\ partial t}} ^ 0. $$

Tomamos integración de la superficie de ambos lados, para la superficie (\ $ s \ $) dentro de la ruta media (\ $ c \ $) del núcleo.

$$ \ int_s \ left (\ mathbf {\ nabla} \ times \ mathbf {B} \ right) \ cdot d \ mathbf {s} = \ mu \ int_s \ mathbf {J} \ cdot d \ mathbf {s} $$

Usamos el Teorema de Stroke para volver a escribir el lado izquierdo; donde \ $ c \ $ está en la misma dirección con el flujo magnético \ $ \ Phi \ $.

$$ \ oint_c \ mathbf {B} \ cdot d \ mathbf {\ ell} = \ mu N I $$

(La integral en el lado izquierdo da como resultado \ $ NI \ $, porque hay \ $ N \ $ diferentes cables en el devanado.)

La densidad del campo magnético dentro de este tipo de núcleos se considera uniforme. Por lo tanto, podemos escribir

$$ B \ ell_c \ overset \ sim = \ mu NI \ implica B = \ dfrac {\ mu NI} {\ ell_c}; $$

donde \ $ \ ell_c \ $ es la longitud media de la ruta del núcleo.

Podemos encontrar el flujo magnético a partir de la densidad del flujo magnético que hemos encontrado al usar el área de sección transversal del núcleo \ $ A_c \ $.

$$ \ Phi = BA_c = \ dfrac {\ mu NIA_c} {\ ell_c} $$

Por definición, la inductancia es la cantidad de flujo magnético generado por corriente aplicada, es decir,

$$ L \ overset \ triangle = \ dfrac {\ Phi} {I}. $$

Por lo tanto, encontramos la inductancia del sistema como

$$ \ boxed {L = \ dfrac {\ Phi} {I} = \ dfrac {\ dfrac {\ mu NIA_c} {\ ell_c}} {I} = \ dfrac {\ mu NA_c} {\ ell_c}}. $$

Pero, todas las demás fuentes ( ejemplo ) dan inductancia de un inductor como este como

$$ L = \ dfrac {\ mu N ^ 2A_c} {\ ell_c}. $$

¿Cuál es el error que cometí en mi derivación? Por favor explique en detalle.

    
pregunta hkBattousai

3 respuestas

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Calculas el flujo del núcleo con la ecuación anterior, y la inductancia toma la suma de todos los flujos a través de cada giro. El flujo a través de cada turno es el mismo e igual al flujo del núcleo. El flujo central es proporcional a N, y la suma de flujo por vuelta es proporcional a \ $ N ^ 2 \ $.

Otra forma de expresar esta dependencia es decir: debido al acoplamiento magnético entre vueltas.

    
respondido por el motoprogger
9

Piense en un inductor de un solo giro (a la izquierda abajo), entonces imagine que un solo giro se divide en dos cables paralelos que se enrollan muy apretadamente de modo que ocupan prácticamente el mismo espacio (a la derecha abajo).

Los dos cables paralelos, para un voltaje aplicado dado, tomarán cada uno la mitad de la corriente del inductor de giro único y, juntos tomarán la misma corriente que el giro único: -

Debidoaesto,cadacableparaleloindividualDEBEtieneeldobledeimpedanciaqueelcableúnicoy,juntos,cuandoestánconectadosenparalelo,exhibenlamismaimpedanciaqueelcableindividual.Okhastaahora?

Ahora,reorganizaesosdoscables(enelojodetumente)paraqueesténenserieentresí.Laimpedanciacambiaacuatroveceslaimpedancia:-

Esto significa que la inductancia se ha cuadruplicado para duplicar los turnos y es trivial extender este ejemplo a n turnos.

    
respondido por el Andy aka
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¿Cuál es el error que cometí en mi derivación? Por favor explique en detalle.

La inductancia es

$$ L = \ frac {\ lambda} {I} = \ frac {N \ Phi} {I} $$

donde \ $ \ lambda \ $ es el enlace de flujo : el flujo magnético enlaza N gira.

    
respondido por el Alfred Centauri

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