Acción del campo magnético sobre una corriente. El motor eléctrico.
Supón que un alambre conductor de cobre se coloca entre los polos de un imán, es decir, el conductor se sumerge en el campo magnético del imán, Fig. 1 (a), donde la posición del alambre está representada por la línea punteada AB. Si no hay corriente en el alambre de cobre, se observa que el campo magnético no ejerce ninguna acción sobre ese conductor.
Sin embargo, si el alambre fuera conectado a una pila, de manera que se establezca una corriente continua, en el sentido mostrado en la Fig. 1 (a), inmediatamente el alambre sufrirá un desplazamiento hacia arriba. Eso indica que sobre él actuó una fuerza magnética (ejercida por el campo magnético) perpendicular al alambre y dirigida hacia arriba, como lo indica la Fig. 1.
Si el sentido de la corriente en el alambre fuera invertido, advertiremos que la fuerza magnética continuará actuando perpendicularmente al alambre, pero en sentido contrario al anterior dirigida hacia abajo como lo muestra la Fig. 1 (b).
También se observa que el sentido de la fuerza en el alambre estará invertido cuando se invierten las posiciones de los polos norte y sur del imán (se invierte el sentido de las líneas de inducción del campo magnético, que es la magnitud física que expresa el campo imanador producido por una corriente).
Fig. 1 Un alambre recorrido por una corriente, colocado en un campo magnético, sufre la acción de una fuerza magnética perpendicular al alambre.
Al analizar experimentos similares a los que acabamos de describir, los científicos llegaron a un resultado importante: cómo es que la fuerza magnética sólo aparece en el alambre cuando en él se establece una corriente eléctrica, y concluyeron que el campo magnético ejerce fuerzas sobre las cargas eléctricas cuando éstas están en movimiento (corriente eléctrica), pero no actúan sobre dichas cargas si están sin movimiento.
Recordando lo estudiado en la sección anterior, podemos establecer el principio fundamental del electromagnetismo:
La dirección y el sentido de la fuerza F que actúa en un alambre, recorrido por una corriente i, colocado en un campo magnético, pueden determinarse fácilmente, por medio de una regla práctica, ilustrada en la Fig. 2.
Esa regla, denominada “regla de la mano derecha”, debe ser aplicada de la siguiente manera:
- Abre tu mano derecha, con el dedo pulgar abierto y los demás dedos juntos.
Fig. 2 La batería proporciona una corriente que pasa de C hacia D en el conductor suspendido entre los polos del imán. La “regla de la mano derecha” nos proporciona la dirección y el sentido de la fuerza F.
- Coloca tu mano de manera que el pulgar apunte en la dirección y en el sentido de la corriente (convencional) en el alambre y los demás dedos apunten en la dirección y el sentido de las líneas de inducción del campo magnético.
- Con la mano colocada así, imagina que vas a usarla para “dar una palmada”. La dirección y el sentido de esa palmada indican la dirección y el sentido de la fuerza magnética F que actúa sobre el alambre. Por tanto en la Fig. 2, la fuerza F tendría la dirección y el sentido mostrados.
La fuerza magnética que estamos analizando se utiliza para hacer funcionar un gran número de aparatos eléctricos, como los medidores (amperímetros y voltímetros) e innumerables motores eléctricos de uso muy frecuente en nuestra vida (refrigeradores, taladros, licuadoras, bombas de agua, etc.). Aquí describiremos sólo el motor de corriente continua, como es el caso del motor de arranque de un automóvil, o el motor usado para dar movimiento a juguetes accionados con pilas.
Para entender cómo funciona un motor accionado por esa fuerza magnética, examinemos la Fig. 3, donde tenemos:
- Un alambre doblado en forma de rectángulo, es decir, una espira rectangular ABCD.
- Esa espira se coloca dentro de un campo magnético, creado por un imán (o un electroimán) entre sus polos.
- La espira se conecta a una batería que le proporciona una corriente i.
- Esa conexión se hace a través de un contacto móvil, constituido por dos piezas conductoras, denominadas escobillas (hechas por lo general de carbón), simplemente apoyadas en un dispositivo denominado conmutador que tiene forma semejante a un anillo cortado a la mitad, estando cada parte ligada a uno de los extremos de la espira (Fig. 3).
Fig. 3 Esquema de un motor muy simple de corriente continua, constituido por una sola espira.
Usando la “regla de la mano derecha”, podemos verificar que el lado AB de la espira (recorrido por la corriente de B hacia A) queda bajo la acción de una fuerza magnética F dirigida hacia arriba, como lo muestra la Fig. 3. Con la misma regla, vemos que sobre el lado CD actúa una fuerza magnética F dirigida hacia abajo. Es fácil percibir, entonces, que esas dos fuerzas harán girar la espira en el sentido mostrado en la figura.
Como el conmutador está sólo apoyado en escobillas (contacto móvil) y está sujeto a la espira, gira junto con ella. Después de que la espira efectúa media vuelta, el lado AB estará ocupando la posición CD y viceversa y, así, las fuerzas magnéticas continúan actuando sobre la espira, haciendo que ésta permanezca en rotación, en tanto sea alimentada por la corriente.
encuentran en ese momento dentro del campo magnético.
Fig. 4 (vista de frente del motor). Observa en la Fig. 5, el motor de un taladro eléctrico donde es posible identificar cada una de las partes que acabamos de describir.
Fig. 5 Vista interna de un taladro eléctrico que muestra las partes más importantes del motor.
¿Cómo se reconoce la dirección y el sentido de la fuerza que actúa sobre un alambre recorrido por una corriente eléctrica y colocado en un campo magnético?