Para as moléculas indutoras da expresión xénica bacteriana ver indutor (bioloxía).
dereita|200px|miniatura|Indutores. Escala en cm.
Un indutor, habitualmente chamado bobina, é un compoñente eléctrico pasivo de dous terminais que almacena enerxía nun campo magnético cando unha corrente eléctrica flúe a través del. Un indutor consiste normalmente nun fío illado enrolado nunha bobina.
Por comparación, un condensador almacena enerxía debido á súa interacción cun campo eléctrico, e un resistor non almacena enerxía, senón que a disipa por medio de calor.
Calquera condutor ten indutancia. Un indutor está feito en xeral dun cable ou outro corpo condutor enrolado nunha bobina, para incrementar o seu campo magnético.
Cando varía o fluxo de corrente a través dun indutor, aparece un campo magnético asemade función do tempo no interior da bobina, inducindo unha voltaxe, de acordo coa Lei de Faraday-Lenz, que asemade fai que se opoña ó cambio na corrente que creou o campo magnético. Os indutores son un dos compoñentes básicos usados en electrónica cando a corrente e a voltaxe cambian co tempo, debido á característica dos indutores de retardar e reformar a evolución das correntes alternas.
Un inductor caracterízase pola súa indutancia, que é a relación entre a tensión e a taxa de cambio da corrente. No Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade de inductancia é o henrio (H), chamada así polo científico estadounidense do século XIX Joseph Henry. Na medición de circuítos magnéticos, equivale a .. Os inductores teñen valores que adoitan oscilar entre 1µH (10-6H) e 20H. Moitos inductores teñen un núcleo magnético feito de ferro ou ferrita dentro da bobina, que serve para aumentar o campo magnético e, por tanto, a inductancia. Xunto cos condensadores e as resistencias, os inductores son un dos tres elementos pasivos lineais que compoñen os circuítos electrónicos. Os inductores son moi utilizados nos equipos electrónicos de corrente alterna (CA), especialmente nos equipos de radio. Utilízanse para bloquear a corrente continua (CA) e permitir o paso do CC; os inductores deseñados para este fin denomínanse bobinas. Tamén se empregan en filtro electrónicos para separar sinais de diferentes frecuencias, e en combinación con condensadores para facer circuítos sintonizados, utilizados para sintonizar receptores de radio e televisión.
dereita|150px|miniatura|Símbolo empregado en electrónica para os indutores.
Descrición miniatura|upright|Unha corrente eléctrica crea un campo magnético ao seu ao redor. Unha corrente eléctrica que flúe por un condutor xera un campo magnético que o rodea. O enlace de fluxo magnético xerado por unha corrente determinada depende da forma xeométrica do circuíto. A súa relación define a inductancia . Así, .
A inductancia dun circuíto depende da xeometría da traxectoria da corrente, así como da permeabilidade magnética dos materiais próximos. Un inductor é un compoñente que consiste nun arame ou outro condutor conformado para aumentar o fluxo magnético a través do circuíto, normalmente en forma de bobina ou hélice, con dous terminais. Ao enrolar o cable nunha bobina auméntase o número de veces que as liñas de fluxo magnético enlazan o circuíto, aumentando o campo e por tanto a inductancia. Cantas máis voltas, maior é a inductancia. A inductancia tamén depende da forma da bobina, a separación das voltas e moitos outros factores. Ao engadir un "núcleo magnético" dun material ferromagnético como o ferro dentro da bobina, o campo magnetizante da bobina inducirá a magnetización no material, aumentando o fluxo magnético. A alta permeabilidade dun núcleo ferromagnético pode aumentar a inductancia dunha bobina nun factor de varios miles sobre o que sería sen ela. Ecuación constitutiva Calquera cambio na corrente que atravesa un indutor crea un fluxo cambiante, o que induce unha voltaxe a través do indutor. Segundo a lei de indución de Faraday, a voltaxe inducida por calquera cambio no fluxo magnético a través do circuíto vén dado por: .
Reformulando a definición de anterior, obtemos . Diso dedúcese que
se é independente do tempo, a corrente e o fluxo magnético. Por tanto, a inductancia é tamén unha medida da cantidade de forza electromotriz (voltaxe) xerada para unha taxa determinada de cambio de corrente. Isto adóitase considerar como a relación constitutiva (ecuación definitoria) do indutor. miniatura|upright|Esquema que utiliza o terminal de saída de corrente como referencia para a voltaxe. Dado que a tensión inducida é positiva no terminal de entrada da corrente, a relación entre a corrente e a tensión do inductor exprésase a miúdo sen signo negativo, utilizando o terminal de saída da corrente como punto de referencia para a tensión no terminal de entrada da corrente (tal e como se indica no esquema). A relación entre a corrente e a tensión é entón: que se pode reescribir como: Do mesmo xeito que con calquera antiderivada, engádese unha constante de integración para representar a corrente inicial I (t0). O dual do indutor é o condensador, que almacena enerxía nun campo eléctrico en lugar dun campo magnético. A súa relación corrente-voltaxe substitúe pola capacitancia e intercambia a corrente e a voltaxe destas ecuacións.
Construción Un indutor está constituído normalmente por unha bobina de condutor, tipicamente arame ou fío de cobre esmaltado. Existen indutores con núcleo de aire ou con núcleo feito de material ferroso (por exemplo, aceiro magnético), para incrementar a súa capacidade de magnetismo.
Os indutores tamén poden estar construídos en circuítos integrados, usando o mesmo proceso utilizado para realizar microprocesadores. Nestes casos úsase, comunmente, o aluminio como material condutor. Con todo, é raro que se constrúan indutores dentro dos circuítos integrados; é moito máis práctico usar un circuíto chamado "xirador" que, mediante un amplificador operacional, fai que un condensador se comporte coma se fose un indutor.
O indutor consta das seguintes partes:
Devanado indutor: É o conxunto de espiras destinado a producir o fluxo magnético, ao ser percorrido pola corrente eléctrica. Culata: É unha peza de substancia ferromagnética, non rodeada por espiras, e destinada a unir os polos da máquina. Peza polar: É a parte do circuíto magnético situada entre a culata e o entreferro, incluíndo o núcleo e a expansión polar. Núcleo: É a parte do circuíto magnético rodeada polas espiras do indutor. Expansión polar: É a parte da peza polar próxima ao inducido e que bordea ao entreferro. Polo auxiliar ou de conmutación: É un polo magnético suplementario, provisto ou non, de espiras e destinado a mellorar a conmutación. Adoitan empregarse nas máquinas de mediana e gran potencia.
Tamén poden fabricarse pequenos indutores, que se usan para frecuencias moi altas, cun condutor pasando a través dun cilindro de ferrita ou granulado.
Funcionamento dunha bobina Sexa unha bobina ou solenoide de lonxitude l, sección S e dun número de espiras N, polo que circula unha corrente eléctrica i(t).
Aplicando a Lei de Biot-Savart que relaciona a indución magnética, B(t), coa causa que a produce, é dicir, a corrente i(t) que circula polo solenoide, obtense que o fluxo magnético Φ(t) que abarca é igual a:
Se o fluxo magnético é variable no tempo, xérase en cada expira, segundo a Lei de Faraday, unha forza electromotriz (f.e.m.) de autoindución que, segundo a Lei de Lenz, tende a oporse á causa que a produce, é dicir, á variación da corrente eléctrica que xera devandito fluxo magnético. Por esta razón adoita chamarse forza contraelectromotriz. Esta ten o valor:
Á expresión noméase como coeficiente de autoindución, L, o cal relaciona a variación de corrente coa f.e.m. inducida e, como se pode ver, depende da xeometría da bobina e do núcleo na que está enrolada. Mídese en henrios.
Enerxía almacenada A bobina almacena enerxía eléctrica en forma de campo magnético cando aumenta a intensidade de corrente, devolvéndoa cando esta diminúe. Matematicamente pódese demostrar que a enerxía , almacenada por unha bobina con indutancia , que é percorrida por unha corrente de intensidade , vén dada por:
En circuítos miniatura|600px|Figura 1: Circuíto con indutancia. Da formulación física da bobina extraeuse a expresión:
Supoñendo unha bobina ideal, (figura 1), sen perdas de carga, aplicando a segunda Lei de Kirchhoff, tense que:
É dicir, en toda bobina eléctrica dentro dun circuíto prodúcese nela unha caída de tensión:
Despexando a intensidade:
Se no instante t = 0, a bobina está cargada cunha corrente I, esta pódese substituír por unha bobina descargada e unha fonte de intensidade de valor i(0) = I en paralelo.
A corrente pola bobina, e por tanto o fluxo, non poden variar bruscamente xa que se non a tensión debería facerse infinita. Por iso ao abrir un circuíto onde se atope conectada unha bobina, sempre saltará un arco de corrente entre os bornes do interruptor que dá saída á corrente que descarga a bobina.
Cando o indutor non é ideal porque ten unha resistencia interna en serie, a tensión aplicada é igual á suma da caída de tensión sobre a resistencia interna máis a forza contra-electromotriz autoinducida.
En corrente alterna
En corrente alterna, unha bobina ideal ofrece unha resistencia ao paso da corrente eléctrica que recibe o nome de reactancia indutiva, , cuxo valor vén dado polo produto da pulsación () pola indutancia, L:
Se o pulso está en radiáns por segundo (rad/s) e a indutancia en henrios (H) a reactancia resultará en ohmios.
De acordo coa lei de Ohm circulará unha corrente alterna que se verá atrasada 90° () respecto da tensión aplicada.
Asociacións comúns miniatura|370px|Figura 2. Asociación serie xeral. miniatura|370px|Figura 3. Asociación paralelo xeral.
Do mesmo xeito que as resistencias, as bobinas poden asociarse en serie (figura 2), paralelo (figura 3) ou de forma mixta. Nestes casos, e sempre que non exista axuste magnético, a indutancia equivalente para a asociación en serie virá dada por:
Para a asociación en paralelo temos:
Para a asociación mixta procederase de forma análoga que coas resistencias.
Se se require unha maior comprensión do comportamento reactivo dun indutor, é conveniente entón analizar detalladamente a Lei de Lenz e comprobar desta forma como se orixina unha reactancia de tipo indutiva, a cal nace debido a unha oposición que lle presenta o indutor, ou bobina, á variación de fluxo magnético.
Comportamentos ideal e real En corrente continua Unha bobina ideal en corrente continua compórtase como un curtocircuíto (condutor ideal), xa que ao ser i(t) constante, é dicir, non varía co tempo, non hai autoindución de ningunha f.e.m.
Unha bobina real en réxime permanente compórtase como unha resistencia cuxo valor (figura 6a) será o do seu enrolado.
En réxime transitorio, isto é, ao conectar ou desconectar un circuíto con bobina, suceden fenómenos electromagnéticos que inciden sobre a corrente (ver circuítos serie RL e RC).
En corrente alterna miniatura|esquerda|200px|Figura 4. Diagrama cartesiano das tensións e corrente nunha bobina.
Ao conectar unha CA sinusoidal v(t) a unha bobina aparecerá unha corrente i(t), tamén sinusoidal, isto é, variable, polo que, como se comentou máis arriba, aparecerá unha forza contraelectromotriz, -e(t), cuxo valor absoluto pode demostrase que é igual ao de v(t). Por tanto, cando a corrente i(t) aumenta, e (t) diminúe para dificultar o devandito aumento; analogamente, cando i(t) diminúe, e(t) aumenta para oporse á devandita diminución. Isto pode apreciarse no diagrama da figura 4. Entre 0° e 90° a curva i(t) é negativa, diminuíndo desde o seu valor máximo negativo ata cero, observándose que e(t) vai aumentando ata alcanzar o seu máximo negativo. Entre 90° e 180°, a corrente aumenta desde cero ata o seu valor máximo positivo, mentres e(t) diminúe ata ser cero. Desde 180° ata os 360° o razoamento é similar ao anterior.
miniatura|200px|Figura 5. Diagrama fasorial.