Cuando cambia la corriente que atraviesa una bobina, cambia también el campo magnético asociado. Ese cambio produce una tensión que se opone a la variación que la originó. Esta es la idea central de un inductor: no impide que exista corriente, sino que dificulta que la corriente cambie de golpe.
Por ello un inductor puede recibir energía durante un transitorio, conservarla temporalmente en un campo magnético y devolverla después al circuito. Es distinto de una resistencia ideal, que disipa energía, y complementa al condensador, que la almacena en un campo eléctrico.
Antes de empezar. Conviene conocer la corriente eléctrica, la tensión, la Ley de Ohm y qué es un circuito eléctrico. El artículo de condensadores ayuda a comparar ambos componentes, pero no es un requisito.
Qué es un inductor o bobina
Un inductor es un componente diseñado para presentar inductancia. Muchas veces adopta la forma de una bobina: un conductor enrollado en espiras. «Inductor» nombra sobre todo su función eléctrica; «bobina» describe habitualmente su construcción física. En electrónica cotidiana se usan a menudo como casi sinónimos, y aquí se emplearán de ese modo cuando no haya riesgo de confusión.
Al circular corriente por las espiras aparece un campo magnético. La forma del arrollamiento, el número de vueltas, sus dimensiones y el material que pueda haber en el núcleo influyen en ese campo y, por tanto, en la inductancia. Un núcleo de aire, de ferrita o de polvo de hierro no convierte la bobina en otro componente: modifica su comportamiento magnético.
La corriente no necesita «acumularse» dentro de la bobina. Lo que aumenta durante el proceso es la energía asociada al campo magnético. Esta distinción será importante al explicar por qué una bobina puede generar una tensión elevada cuando se intenta detener su corriente demasiado deprisa.
Qué es la inductancia
La inductancia, representada por L, mide cómo se relaciona el comportamiento eléctrico de un circuito con el campo magnético asociado a su corriente. Para empezar basta una idea práctica: una inductancia mayor requiere una tensión mayor para conseguir el mismo cambio rápido de corriente.
Su unidad es el henrio (H). Un henrio es relativamente grande en muchos circuitos electrónicos; son comunes valores en milihenrios y microhenrios:
- 1 mH = 10−3 H.
- 1 µH = 10−6 H.
En un modelo lineal sencillo también puede escribirse el enlace de flujo como λ = L·I. λ resume el flujo magnético enlazado por las espiras. No hace falta calcularlo en los ejemplos de esta guía; sirve para conectar la inductancia con su origen físico y no confundirla con una resistencia.
La ecuación fundamental del inductor
Con la convención pasiva —la corriente entra por el terminal marcado con positivo— la relación fundamental es:
vL = L · di/dt
La tensión vL depende de la inductancia y de la rapidez con que cambia la corriente. No es necesario dominar derivadas para interpretar la fórmula: si se intenta aumentar o reducir la corriente más deprisa, el inductor desarrolla una tensión mayor.
La razón física se expresa mediante la ley de Lenz: la tensión inducida aparece con la polaridad que se opone al cambio que la produjo. Por eso es incorrecto decir que un inductor «se opone a la corriente». Una corriente constante puede circular por un inductor ideal sin que haya una tensión sostenida entre sus terminales. Lo que el inductor se opone a cambiar es la corriente.
Dónde almacena energía
La energía de un inductor está asociada a su campo magnético, no simplemente «guardada en el cable». Para un inductor ideal lineal:
E = 1/2 · L · I2
La unidad de energía es el julio, la misma que se utiliza al estudiar la energía eléctrica. Si L = 100 mH = 0,1 H e I = 2 A:
E = 1/2 · 0,1 · 22 = 0,2 J
Si después la corriente disminuye, esa energía debe transferirse o disiparse en alguna parte del circuito. Esta es la causa de que no sea buena idea cortar sin más la trayectoria de una carga inductiva: el campo intenta sostener la corriente existente mientras libera su energía.
Qué ocurre al conectar un inductor a DC
El circuito RL básico conecta una fuente Vs, una resistencia R y un inductor L en serie. La resistencia no es un detalle decorativo: limita la corriente final y, junto a la inductancia, determina la escala temporal del transitorio.
Supón que antes de cerrar el interruptor no circulaba corriente: i(0−) = 0. Justo después de conectarlo, i(0+) también vale 0. La corriente de un inductor ideal no puede saltar instantáneamente.
La ecuación lo justifica: un salto de corriente exigiría di/dt infinito y, por tanto, una tensión infinita según vL = L·di/dt. Un circuito real no puede proporcionar esa tensión infinita. En el instante inicial, la caída sobre la resistencia es cero porque i = 0; prácticamente toda la tensión de la fuente queda sobre el inductor y establece la pendiente inicial de la corriente.
Constante de tiempo de un circuito RL
La rapidez del proceso se resume con la constante de tiempo:
τ = L / R
Su unidad es el segundo. Compárala con el circuito RC: allí τ = R·C; aquí τ = L/R. Con L fija, una resistencia mayor hace que el transitorio RL sea más rápido, no más lento.
Usaremos un ejemplo elegido por su claridad matemática, no como valor universal de componente: Vs = 10 V, R = 10 Ω y L = 10 H. Entonces:
τ = 10 H / 10 Ω = 1 s
If = Vs/R = 1 A
La corriente de crecimiento es:
i(t) = (Vs/R)[1 − e−t/τ]
Tras cada constante de tiempo se completa el 63,2 % de la distancia que faltaba hasta el valor final. Así, después de 1τ se alcanza el 63,2 % de If; tras 5τ se llega aproximadamente al 99,3 %, pero nunca al 100 % matemático en un tiempo finito.
| Tiempo | i / If | vR / Vs | vL / Vs |
|---|---|---|---|
| 0τ | 0 % | 0 % | 100 % |
| 1τ | 63,2 % | 63,2 % | 36,8 % |
| 2τ | 86,5 % | 86,5 % | 13,5 % |
| 3τ | 95,0 % | 95,0 % | 5,0 % |
| 4τ | 98,2 % | 98,2 % | 1,8 % |
| 5τ | 99,3 % | 99,3 % | 0,67 % |
Corriente y tensiones durante la conexión
Para el ejemplo de 10 V, 10 Ω y 10 H, la corriente crece desde 0 A hasta 1 A. A la vez, la tensión se reparte de forma distinta entre los dos elementos:
vR(t) = Vs[1 − e−t/τ]
vL(t) = Vse−t/τ
- t = 0: i = 0 A; vR = 0 V; vL = 10 V.
- t = 1 s = 1τ: i ≈ 0,632 A; vR ≈ 6,32 V; vL ≈ 3,68 V.
- t = 2 s = 2τ: i ≈ 0,865 A; vR ≈ 8,65 V; vL ≈ 1,35 V.
- t = 5 s = 5τ: i ≈ 0,993 A; vR ≈ 9,93 V; vL ≈ 0,0674 V.
En cada instante se cumple la ley de tensiones: Vs = vR + vL. Al principio la fuente está casi por completo en el inductor; al final, casi por completo en la resistencia.
Régimen permanente en DC
Después de suficiente tiempo, la corriente deja de variar de manera apreciable. Entonces di/dt tiende a cero y también lo hace vL. Por eso, en régimen permanente de corriente continua, un inductor ideal se comporta como un cortocircuito: tiene aproximadamente 0 V entre sus terminales.
Esta frase necesita tres matices. No significa que una bobina real sea un cable perfecto; tampoco describe el instante de conexión, y no dice que la corriente sea infinita. Una bobina real presenta resistencia del hilo, pérdidas, capacitancia parásita, límite de corriente y, cuando corresponde, saturación del núcleo. En el ejemplo ideal, la corriente final sigue estando limitada por R: 1 A.
Qué pasa al desconectar la fuente
La corriente no puede caer instantáneamente porque la energía del campo magnético sigue presente. Si se abre bruscamente el único camino de corriente, el inductor genera la tensión necesaria para intentar mantenerla. Como el cambio puede ser muy rápido, la sobretensión puede ser alta: es el origen de los llamados picos inductivos o flyback.
Nota de seguridad. Cargas inductivas y bobinas de potencia pueden generar sobretensiones al desconectarse. No se debe experimentar con la red eléctrica ni asumir que abrir un interruptor elimina la energía de forma instantánea.
Descarga de un inductor en un circuito RL
Para describir una descarga coherente, el inductor necesita un camino cerrado. Imagina que, tras retirar la fuente, un conmutador deja conectados R y L formando un lazo. La corriente conserva inicialmente su sentido, atraviesa la resistencia y transforma gradualmente la energía magnética en calor en R.
Si la corriente inicial es I0, su magnitud sigue:
i(t) = I0e−t/τ, con τ = L/R.
Con I0 = 1 A y τ = 1 s: a 1τ quedan 0,368 A; a 2τ, 0,135 A; a 3τ, 0,0498 A; y a 5τ, 0,00674 A. Durante esta descarga, la polaridad de la tensión del inductor se invierte respecto a la referencia de la conexión para impulsar la misma dirección de corriente mientras disminuye.
Cómo razonar un transitorio RL
Una manera sencilla de analizar un RL sin memorizar cada curva es separar tres momentos. Antes del cambio, identifica la corriente que ya llevaba la bobina. Justo después, conserva esa misma corriente inicial: la corriente de L es continua. Después de mucho tiempo, sustituye el inductor ideal por un cortocircuito para el análisis en DC y calcula la corriente final con las resistencias del circuito.
Entre esos dos extremos aparece la exponencial. En una conexión a una fuente, la corriente se acerca al valor final; en una descarga por una resistencia, se acerca a cero. La constante τ no determina por sí sola el valor final: esa cifra depende de Vs y R. τ solo indica la rapidez relativa con que el circuito recorre el cambio.
También puede observarse la pendiente inicial. En el circuito central, como i(0) = 0, la resistencia todavía no tiene caída de tensión y vL(0) = Vs. Por tanto, di/dt = Vs/L = 10/10 = 1 A/s. No hace falta usar esta pendiente para resolver todos los problemas, pero confirma visualmente que la curva comienza subiendo de forma suave, no vertical.
El sentido de la tensión inducida
Los signos pueden parecer confusos si se cambia de referencia a mitad de un dibujo. En esta guía, durante la conexión se usa la convención pasiva: la corriente entra por el terminal positivo de L y se escribe vL = L·di/dt. Como di/dt es positivo mientras la corriente crece, la caída de tensión indicada en el inductor es positiva.
Durante la descarga la corriente todavía circula inicialmente en el mismo sentido, pero ahora disminuye: di/dt es negativo. Con esa misma referencia pasiva, vL resulta negativa; gráficamente equivale a invertir su polaridad. No es una tensión «mágica» que aparezca de la nada: es la forma en que el campo magnético entrega su energía para mantener el movimiento de carga durante un tiempo limitado.
Esta lectura evita dos errores frecuentes. El primero es colocar una polaridad de descarga idéntica a la de la carga y concluir un signo incorrecto. El segundo es pensar que la tensión inducida tiene un único signo absoluto: siempre depende de la referencia elegida y del sentido en que la corriente está cambiando.
Qué cambia si aumentan L o R
Con R fija, aumentar L hace mayor τ = L/R: la corriente necesita más tiempo para cambiar. Además, para un mismo di/dt, una inductancia mayor desarrolla una tensión mayor.
Con L fija, aumentar R reduce τ y hace el transitorio más rápido. A la vez reduce la corriente final cuando existe una fuente DC porque If = Vs/R. Es una diferencia útil respecto a RC: allí aumentar R aumenta τ; en RL, aumentar R la reduce.
Inductor y condensador: una comparación útil
| Propiedad | Condensador ideal | Inductor ideal |
|---|---|---|
| Campo que almacena energía | Eléctrico | Magnético |
| Variable que no salta | Tensión | Corriente |
| Relación básica | i = C·dv/dt | v = L·di/dt |
| Constante de tiempo | τ = RC | τ = L/R |
| Régimen DC ideal | Circuito abierto | Cortocircuito |
| Energía | ½CV2 | ½LI2 |
Esta comparación no significa que uno sea «lo contrario» del otro en todos los circuitos reales. Es una herramienta de razonamiento: ambos almacenan energía y producen transitorios, pero la variable continua y el campo físico son distintos.
Inductores en serie y en paralelo
Para inductores ideales sin acoplamiento magnético significativo:
Serie: Leq = L1 + L2 + …
Paralelo: 1/Leq = 1/L1 + 1/L2 + …
Para dos inductores en paralelo, Leq = L1L2/(L1 + L2). Así, 10 mH y 20 mH producen 30 mH en serie y 6,67 mH en paralelo.
La condición de no acoplamiento importa. Si dos bobinas comparten parte de su flujo magnético aparece inductancia mutua, la base física de un transformador, y estas fórmulas simples pueden dejar de ser suficientes.
Núcleo, tipos y usos
El número de espiras, la geometría, las dimensiones y la permeabilidad del núcleo influyen en L. Para un solenoide ideal largo puede usarse un modelo aproximado proporcional a μN2A/l; aquí basta recordar que más espiras y un núcleo apropiado suelen cambiar notablemente la inductancia.
Entre los tipos habituales aparecen inductores de núcleo de aire, ferrita, polvo de hierro, modelos SMD y choques. Se emplean en filtrado, supresión de ruido, almacenamiento temporal de energía en convertidores, circuitos resonantes y transformadores mediante acoplamiento. Cada aplicación añade detalles de diseño que no necesitamos todavía para entender el transitorio RL.
Al seleccionar una bobina real no basta con mirar el valor de L. La corriente admisible, la resistencia del bobinado y el comportamiento del núcleo también condicionan el resultado. Esta guía mantiene el modelo ideal para explicar la física esencial; conocer sus límites permite usarlo con criterio sin confundirlo con la ficha técnica completa de un componente.
Puente hacia la corriente alterna
En DC, después del transitorio ideal, di/dt = 0 y vL = 0. En corriente alterna, en cambio, la corriente cambia continuamente. Por eso la tensión del inductor sigue siendo relevante de forma continua.
Esta relación temporal conecta con fase y desfase: en un inductor ideal de AC, tensión y corriente no alcanzan sus máximos al mismo tiempo. La medida que describe esa oposición dependiente de la frecuencia se estudia en reactancia capacitiva e inductiva. Su aplicación conjunta con una resistencia se desarrolla en el circuito RL en corriente alterna.
Errores frecuentes
- Un inductor no se opone a la corriente, sino a los cambios de corriente.
- No almacena corriente: almacena energía en un campo magnético.
- La corriente ideal no puede cambiar instantáneamente con una tensión finita.
- Una bobina no es siempre un cortocircuito: esa aproximación exige inductor ideal y régimen permanente DC.
- τ es L/R, no L·R; aumentar R con L fija acorta τ.
- Después de 5τ se alcanza aproximadamente el 99,3 %, no el 100 % exacto.
- Al desconectar una corriente inductiva, esta no desaparece sin más: puede aparecer una sobretensión.
- Las fórmulas simples de serie y paralelo no se aplican sin matices a bobinas acopladas.
Comprueba que lo has entendido
Si L = 2 H y R = 4 Ω, ¿cuál es τ?
τ = L/R = 2/4 = 0,5 s.
En un RL con Vs = 12 V y R = 6 Ω, ¿cuál es la corriente después de 1τ?
La corriente final es If = 12/6 = 2 A. Después de 1τ alcanza el 63,2 %: 2 · 0,63212 ≈ 1,264 A.
Un inductor ideal lleva mucho tiempo conectado a una fuente DC a través de una resistencia. ¿Qué tensión tiene el inductor?
En régimen permanente ideal, aproximadamente 0 V. La corriente está determinada por la resistencia total del circuito.
Resumen para recordar
vL = L·di/dt
E = 1/2 · L · I2
τ = L/R
i, crecimiento = If(1 − e−t/τ)
i, descarga = I0e−t/τ
La corriente de un inductor ideal no cambia de golpe. En DC y tras el transitorio, vL tiende a cero; tras 5τ se alcanza aproximadamente el 99,3 %, no el 100 % exacto. Entender estas ideas permite pasar al estudio de reactancia sin convertir una bobina en el simplista «cable con vueltas».
Fuentes técnicas consultadas
- OpenStax: circuitos RL, para ecuaciones de crecimiento, descarga y τ = L/R.
- OpenStax: energía en un campo magnético, para energía almacenada.
- Engineering LibreTexts: transitorio RL, para condiciones iniciales y comparación RC/RL.
