Condensadors i bobines: Funcionament i aplicacions

Condensador

Un condensador és un component electrònic que emmagatzema càrrega elèctrica temporalment. La càrrega (Q, mesurada en Coulombs) s'emmagatzema en dues plaques conductores (armadures) separades per un material aïllant no conductor anomenat dielèctric. La pota curta s'uneix al pol negatiu (-).

• Capacitat d'un condensador: Q = V·C (on C es mesura en Farads).

Tipus de condensadors i aplicacions

• Generador de Van de Graaff: És una màquina electrostàtica que utilitza una cinta mòbil per acumular grans quantitats de càrrega elèctrica, que es guarden dins d'una esfera metàl·lica buida.
• Ampolla de Leyden: Dissenyada per Kleist el 1744, emmagatzema electricitat estàtica entre dos elèctrodes (paper de plata), un a l'exterior i un altre a l'interior.
• Condensador electrolític: Tenen una gran capacitat per emmagatzemar grans càrregues. Són adequats per a circuits amb corrents elevats i de baixa freqüència. S'utilitzen, per exemple, per filtrar el corrent continu que prové d'un circuit rectificador.
• Condensador de tàntal: Permet fabricar dielèctrics molt fins, aconseguint una gran capacitat en poc volum i amb poc pes. El tàntal es troba principalment al centre d'Àfrica, i hi ha molts conflictes relacionats amb la seva extracció.
• Condensador variable: La seva capacitat pot variar modificant la superfície enfrontada de les seves armadures. S'utilitza, per exemple, per sincronitzar emissores de ràdio.

Bobines

Una bobina (també anomenada solenoide o debanat) és un component electrònic que genera un camp magnètic quan un corrent elèctric hi circula. L'experiment de Hans Christian Ørsted va demostrar la relació entre electricitat i magnetisme, i va portar al descobriment de les ones electromagnètiques. Les bobines s'utilitzen amb corrent continu. Quan els electrons (ê) estan en moviment, es crea un camp magnètic.

Conceptes clau relacionats amb les bobines

• Flux magnètic: Mesura les línies de força que passen a través d'una superfície. Es mesura en Webers (Wb).
• Inducció magnètica (densitat de flux B): Mesura les línies de força que passen per cada unitat de superfície. Es mesura en Tesles (T) o Wb/m².
• Llei de Lorentz: Una partícula dins d'un camp magnètic experimenta una força que pot desviar-la o generar un corrent. Aquesta llei s'aplica, per exemple, en l'elevació dels trens de levitació magnètica.
• Llei de Faraday: Estableix que es pot generar un corrent elèctric en un conductor estàtic exposat a un camp magnètic variable, o bé, en un conductor en moviment exposat a un camp magnètic estàtic.
• Inductància (H): Representa la intensitat del camp magnètic. Es mesura en Henrys (Wb/A).

Aplicacions de les bobines

Les bobines tenen nombroses aplicacions, entre les quals destaquen:

• Circuits de frens electromagnètics en automoció.
• Motors elèctrics.
• Generadors elèctrics: Alternadors i dinamos.
• Sistemes de tancament de portes.
• Electroimants.
• Acceleradors de partícules.
• Tècniques d'imatgeria mèdica: Ressonància Magnètica Nuclear (RMN).
• Investigació bàsica: Efecte Hall, superconductivitat.
• Circuits oscil·lants productors d'ones electromagnètiques.
• Timbres i altaveus.
• Transformadors de corrent.
• Relés.

Components i tecnologies relacionades

• Relé: Un relé consisteix en un fil de coure enrotllat sobre un nucli de ferro. Quan es crea un camp magnètic, la palanca és atreta i s'obre o es tanca el circuit.
• Electroimant: Un electroimant és un dispositiu format per un fil de coure enrotllat al voltant d'un nucli de ferro, que s'utilitza per aixecar metalls.
• Circuit oscil·lador LC (experiment d'Hertz): Un circuit format per una bobina d'inductància (L) i un condensador de capacitat (C). Hertz va utilitzar aquest tipus de circuit per detectar ones electromagnètiques a distància.
• ITER: Reactor de fusió en construcció per produir electricitat.
• Tokamak: Màquina que confina plasma. Com que el plasma està a temperatures molt elevades, l'única manera de controlar-lo és mitjançant ones que el mantenen suspès.
• Maglev: Tren de levitació magnètica a Xangai.
• Nikola Tesla: Enginyer que va perfeccionar els alternadors i els transformadors elèctrics. Va intentar transportar electricitat sense cables.
• Transformadors: Dispositius que permeten passar d'una tensió alta a la tensió requerida. El rectificador converteix el corrent altern en corrent continu. El metall s'utilitza per augmentar la densitat del flux i per guiar el camp magnètic.