Si conectas el capacitor cargado a través de un inductor, verás un hermoso intercambio de energía entre los dos elementos. Estas oscilaciones de energía parecen como si el capacitor dijera «toma la energía» y el inductor luego dijera «no, toma mi energía». ¿Por qué ninguno de estos elementos almacena la energía y se estabiliza? Echemos un vistazo a la interesante física detrás de estas oscilaciones y algunas de sus aplicaciones.
Circuito RC: capacitor y resistencia
Empecemos por entender un circuito simple: un circuito con capacitor y resistencia. El capacitor se carga por completo inicialmente. Ahora, introduzcamos una resistencia en el circuito. Observarás que al principio el flujo de corriente es máximo y luego disminuye rápidamente con el tiempo. Esto es esperado debido a que al inicio la diferencia de carga es máxima, por lo que la corriente tiene que ser máxima.
Circuito LC: capacitor e inductor
Ahora, veamos qué sucede si reemplazamos la resistencia por un inductor. Nuevamente, el capacitor se carga por completo inicialmente. Sería lógico esperar que al principio haya un gran flujo de corriente y luego este flujo disminuya como en el caso anterior. Sin embargo, esto no sucede en la práctica. Un inductor desarrolla una fuerza electromotriz (FEM) en función del cambio en el flujo de corriente. Esto significa que un cambio drástico en la corriente no es posible en un inductor, a diferencia del caso anterior. Ahora, el flujo de corriente comienza desde cero, aumenta hasta alcanzar el máximo y luego vuelve a cero.
En un circuito LC, la variación del flujo de corriente tiene que ser gradual y aquí podemos ver que el flujo de corriente en el circuito LC tiene forma de una curva senoidal. Echemos un vistazo a la animación del flujo de electrones una vez más. La corriente en el circuito comienza desde cero y gradualmente alcanza el valor máximo en el próximo cuarto de período de tiempo. Luego, la corriente del capacitor comienza a disminuir, lo que resulta en otro cambio en la corriente al final de la descarga del capacitor. Si verificas la FEM a través del inductor, tendrá la polaridad opuesta a la FEM inicial. Esta FEM inversa carga el capacitor con polaridad opuesta.
En la siguiente mitad del período de tiempo, el capacitor se cargará por completo con polaridad inversa. Esto también significa que el flujo de corriente será en dirección contraria durante la siguiente mitad. Por lo tanto, en un circuito ideal, este flujo de corriente de ida y vuelta continuaría cargando y descargando el capacitor y formando oscilaciones de energía infinitas.
Sin embargo, en la práctica nunca podemos lograr un comportamiento ideal debido a la presencia de resistencia. La resistencia provoca una decaída de energía en forma de calor. Esto significa que en un circuito práctico, las oscilaciones terminarán eventualmente. A medida que aumentamos la resistencia, las oscilaciones se desvanecen rápidamente, como se muestra. Si aumentamos aún más la resistencia a un valor crítico, no habrá ninguna oscilación en absoluto.
Aplicaciones de los circuitos LC subamortiguados
Los circuitos LC subamortiguados tienen muchas aplicaciones en la industria, como los tiristores y los magnetrones. En los sistemas de comunicación, son una parte integral de los filtros de frecuencia.
