MOTOR ELECTRICO

INTRODUCCIÓN

Este trabajo es realizado para explicar el buen funcionamiento de un motor eléctrico sencillo explicando sus componentes y fuerzas que intervienen para la producción de energía tanto eléctrica como motriz.

LOS IMANES Y CAMPO MAGNÉTICO

Para empezar a entender el porqué de un motor hablemos sobre el magnetismo bueno pues los primeros fenómenos magnéticos observados se relacionan con fragmentos de imán o magnética encontrada cerca de la ciudad de magnesia hace aproximadamente 2000 años. En este lugar se observó que estos pequeños imanes naturales atraían fragmentos muy pequeños trozos de hierro, a este fenómeno se le conoce como magnetismo, y al objeto que ejerce una fuerza magnética se le llama imán.

Un imán es un material capaz de producir un campo magnético exterior y atraer el hierro también puede atraer al cobalto y al níquel. Los imanes que manifiestan sus propiedades de forma permanente pueden ser naturales, como la magnetita o artificiales, obtenidos a partir de aleaciones de diferentes metales. Podemos decir que un imán permanente es aquel que conserva el magnetismo después de haber sido imantado. Un imán temporal no conserva su magnetismo tras haber sido imantado.

Un imán tiene dos polos los cuales fueron nombrados como polo norte y polo sur ya que si se deja suspendido un trozo de imán en reposo este tiende a apuntar hacia el polo norte de la tierra ya que en estas regiones se tienen grandes concentraciones de fuerzas magnéticas. Se puede demostrar que el polo norte es diferente al polo sur y viceversa acercando un imán a otro con el mismo polo y se verá que se repele uno del otro mientras que polos diferentes tienden a atraerse mutuamente con esto podemos mencionar la ley de la fuerza magnética que dice:

“polos magnéticos iguales se repelen y polos magnéticos diferentes se atraen”

Todo imán está rodeado por unos espacios o regiones conocidas como campos magnéticos. Se denomina campo magnético a la región del espacio en la que se manifiesta la acción de un imán. Un campo magnético se representa mediante líneas de campo. Un imán atrae pequeños trozos de limadura de hierro, níquel y cobalto, o sustancias compuestas a partir de estos metales (ferromagnéticos). La imantación se transmite a distancia y por contacto directo. La región del espacio que rodea a un imán y en la que se manifiesta las fuerzas magnéticas se llama campo magnético. Las líneas del campo magnético revelan la forma del campo. Las líneas de campo magnético emergen de un polo, rodean el imán y penetran por el otro polo. Fuera del imán, el campo está dirigido del polo norte al polo sur. La intensidad del campo es mayor donde están más juntas las líneas (la intensidad es máxima en los polos).

El magnetismo está muy relacionado con la electricidad. Una carga eléctrica está rodeada de un campo eléctrico, y si se está moviendo, también de un campo magnético. Esto se debe a las distorsiones que sufre el campo eléctrico al moverse la partícula. El campo eléctrico es una consecuencia relativista del campo magnético. El movimiento de la carga produce un campo magnético. En un imán de barra común, que al parecer esta inmóvil, está compuesto de átomos cuyos electrones se encuentran en movimiento (girando sobre su órbita. Esta carga en movimiento constituye una minúscula corriente que produce un campo magnético. Todos los electrones en rotación son imanes diminutos.

“la dirección de la fuerza magnética F sobre una carga positiva en movimiento con una velocidad V en un campo de densidad de flujo B, puede considerarse mediante la regla del tornillo de rosca derecha.”

Así podemos ver que los campos magnéticos son generados por cargas en movimiento. En este principio fundamental se apoya gran parte en el estudio del electro magnetismo. Ya que el funcionamiento de motores eléctricos, generadores, transformadores y una variedad interminable de instrumentos mecánicos eléctricos, requieren el conocimiento de los campos magnéticos.

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ELECTROMAGNETISMO

El científico Hans Oersted estaba preparando su clase de física en la Universidad de Copenhague, cuando al mover una brújula cerca de un cable que conducía corriente eléctrica notó que la aguja se deflectaba hasta quedar en una posición perpendicular a la dirección del cable. Más tarde repitió el experimento una gran cantidad de veces, confirmando el fenómeno. Por primera vez se había hallado una conexión entre la electricidad y el magnetismo, en un accidente que puede considerarse como el nacimiento del electromagnetismo. Y con esto dedujo que:

• Una carga en movimiento crea un campo magnético en el espacio que lo rodea.

• Una corriente eléctrica que circula por un conductor genera a su alrededor un campo magnético cuya intensidad depende de la intensidad de la corriente eléctrica y de la distancia del conductor.

La naturaleza de las ondas electromagnéticas consiste en la propiedad que tiene el campo eléctrico y magnético de generarse mutuamente cuando cambian en el tiempo.

Las ondas electromagnéticas viajan en el vacío a la velocidad de la luz y transportan energía a través del espacio. La cantidad de energía transportada por una onda electromagnética depende de su frecuencia o longitud de onda: entre mayor su frecuencia mayor es la energía:

W = h f,

Donde W es la energía, h es una constante (la constante de Plank la cual es una constante física que representa al cuanto elemental de acción. Es la relación entre la cantidad de energía y de frecuencia asociadas a un cuanto o a una partícula. Desempeña un papel central en la teoría de la mecánica cuántica y recibe su nombre de su descubridor, Max Planck, uno de los padres de dicha teoría dándole un valor de 6.58211899 (16)x10 ˉ¹6 eV*s) y f es la frecuencia.

El electromagnetismo, estudia los fenómenos eléctricos y magnéticos que se unen en una sola teoría aportada por Faraday, que se resumen en cuatro ecuaciones vectoriales que relacionan campos eléctricos y magnéticos conocidas como las ecuaciones de Maxwell. Gracias a la invención de la pila de limón, se pudieron efectuar los estudios de los efectos magnéticos que se originan por el paso de corriente eléctrica a través de un conductor

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LEY DE FARADAY

Los experimentos llevados a cabo por Michael Faraday en Inglaterra en 1831 e independientemente por Joseph Henry en los Estados Unidos en el mismo año, demostraron que una corriente eléctrica podría ser inducida en un circuito por un campo magnético variable. Los resultados de estos experimentos produjeron una muy básica e importante ley de electromagnetismo conocida como ley de inducción de Faraday. Esta ley dice que la magnitud de la fem inducida en un circuito es igual a la razón de cambio de flujo magnético a través del circuito.

Con el estudio de la ley de Faraday, se completa la introducción a las leyes fundamentales del electromagnetismo. Estas leyes pueden resumirse en un conjunto de cuatro ecuaciones llamadas ecuaciones de Mexwell. Junto con la ley de la fuerza de Lorentz, representan una teoría completa para la descripción de las interacciones de objetos cargados. Las ecuaciones de Maxwell relacionan los campos eléctricos y magnéticos y sus fuentes fundamentales es decir, las cargas eléctricas.

Se principiará describiendo dos experimentos sencillos que demuestran que una corriente puede ser producida por un campo magnético cambiante. Primero, considérese una espira de alambre conectada a un galvanómetro. Si un imán se mueve hacia la espira, la aguja del galvanómetro se desviará en una dirección, si el imán se mueve alejándose de la espira, la aguja del galvanómetro se desviará en dirección opuesta. Si el imán se mantiene estacionario en relación a la espira, no se observará desviación. Finalmente, si el imán permanece estacionario y la espira se mueve acercándola y alejándola del imán, la aguja del galvanómetro también sé deflactará. A partir de estas observaciones, se puede concluir que siempre que exista un movimiento relativo entre el imán y el circuito de la espira se generará una corriente en el circuito.

Estos resultados son muy importantes en vista del hecho de que se crea una corriente en el circuito, aun cuando exista batería en el circuito. Esta corriente se denominó corriente inducida, la cual se produce por una fem inducida..

Como resultado de estas observaciones, Faraday concluyó que una corriente eléctrica puede ser producida por cambios en el campo magnético. Una corriente no puede ser producida por un campo magnético estable. La corriente que se produce en el circuito secundario ocurre sólo en el instante en que el campo magnético a través de la bobina secundaria está cambiando. En efecto, el circuito secundario se comporta como si existiera una fem conectada en un corto instante. Esto se puede enunciar diciendo que: Una fem inducida es producida en el circuito secundario por los cambios en el campo magnético y que La fem inducida en un circuito es directamente proporcional a la rapidez de cambio del flujo magnético a través del circuito.

Este enunciado, conocido como Ley de inducción de Faraday, puede escribirse como: Donde m es el flujo magnético que abarca el circuito.

La explicación teórica fue que es necesario un campo magnético variable (imán, bobina o cable en movimiento) para crear una corriente eléctrica en el cable

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