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Motor eléctrico

Este experimento es una extensión de la secuencia de la generación de corrientes eléctricas a partir de campos magnéticos.
Con el mismo generador elemental utilizado anteriormente, se invierte la forma de utilizarlo: en lugar de usar energía cinética para generar una corriente eléctrica, se introduce corriente para lograr movimiento sin cambiar ningún elemento del sistema.
En la segunda parte, se sustituye un imán permanente por un electroimán y se ven las posibilidades de operación al poder cambiar la intensidad del campo magnético.
Para comprender las fuerzas que mueven la espira, se hace mucho hincapié en cómo actúa la fuerza de Lorentz en cada una de sus partes.

Enlace al guión de laboratorio.

Material

- Generador/motor elemental.
- Dos imanes y dos cables.
- Electroimán (bobina, núcleo de hierro y dos cables).

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Los generadores/motores elementales están en todos los equipos didácticos de electricidad.
Es frecuente que, por el uso, la bobina se haya desconectado o que falte alguna escobilla, son elementos que hay que comprobar.
Hay que asegurarse de que el electroimán tiene las dimensiones adecuada para encajar en las armaduras del motor. No suele haber problemas si procede del mismo equipo didáctico de electricidad.

Comentarios a la preparación del montaje

Se conecta en una toma de la fuente de alimentación el motor y en otra toma el electroimán, de forma que se puedan variar independientemente las diferencioas de potencial de cada parte.
Los imanes se colocan sumando sus campos, en repulsión N con N y S con S.
La bobina se suele descentrar y roza con las armaduras, hay que comprobar que gira libremente.
Hay que asegurarse de que el núcleo del electroimán encaja en las armaduras del motor y que la bobina no impide el giro de la espira.

Aspectos didácticos

Este trabajo pretende:

- Obtener movimiento a partir de una corriente eléctricas en un motor elemental.
- Identificar el campo magnético uniforme entre las dos armaduras del motor.
- Identificar la fuerza de Lorentz en cada parte de la espira del motor.
- Comprender el papel del conmutador en el mantenimiento de la fuerza de Lorentz sobre la espira del motor.
- identificar las transformaciones de la energía en un motor elemental.

Se debe hacer ver que las dos armaduras están magnetizadas acercando una llave o un tornillo. Es necesario que se den cuenta de que hay un campo uniforme norte-sur entre las armaduras en el que giran las espiras.
Con las escobillas en extremos opuestos, separadas una de la otra (sin conmutación), es importante comprobar que la espira sólo gira hasta quedar en posición vertical y hacer ver que en esa posición el par de fuerzas que hace girar la espira se queda alineado y, por tanto, anulado.
Con las escobillas en el centro, una frente a otra (con conmutación), deben observar que la conmutación hace invertirse el par de fuerzas cada media vuelta y eso mantiene el sistema girando.
También deben comprobar que si se cambia el sentido de la corriente, cambia el sentido de giro.
Tras cambiar los imanes por un electroimán con bobina y núcleo y compruebar que el sistema funciona igual, se debe variar la corriente del electroimán y su sentido para ver el efecto de los cambios del campo magnético B en el funcionamiento del motor.

IMPORTANTE: Hay que dedicar bastante tiempo a determinar cómo afecta la fuerza de Lorentz sobre cada parte de la espira y en cada posición de la misma.
Deben entender sólo las partes de la espira paralelas al eje de giro la impulsan y que las partes de la espira parpendiculares al eje de giro NUNCA impulsan la espira.
- Análisis de los pares de fuerzas en las partes de la espira perpendiculares al eje de giro:
Si la espira está horizontal, B e I son paralelos, el producto vectorial es nulo.
Si la espira está vertical, B a I son perpendiculares pero las F son paralelas al eje de giro, su par no provoca giro ya que tiran a lo largo del eje.
- Análisis de los pares de fuerzas en las partes de la espira paralelas al eje de giro:
Si la espira está horizontal, B e I son perpendiculares y horizontales, las F serán verticales y opuestas, la línea que une ambas fuerzas es horizontal y el par será máximo.
Si la espira está vertical, B e I siguen siendo perpendiculares y horizontales y las F serán verticales pero la línea que une ambas fuerzas será también vertical y su par será nulo, las F no impulsarán un giro.

Montaje completo con imanes detenido.	Montaje completo con imanes girando.
Montaje completo con electroimán.	Montaje completo con electroimán.
Montaje completo con imanes con conmutación.	Montaje completo con electroimán con conmutación.
Campo magnético B e intensidad I en la parte de la espira perpendicular al eje de giro.	Campo magnético B e intensidad I en la parte de la espira paralela al eje de giro.