Motores

Física. Mecánica. Dinámica. Componentes. Ley Lenz. Faraday. Bio-Savart. Inductores. Bobinas. Corriente. Alterna. Continua. Imán. Magnetismo. Solenoide. Campo

  • Enviado por: Azagathot
  • Idioma: castellano
  • País: Chile Chile
  • 26 páginas

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El Motor

Índice

1.- Objetivos

………………………………………

3

2.- Fundamentos Teóricos

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4

Conceptos Aplicados / 1° Parte

………………………………………

4

Conceptos Aplicados / 2° Parte

………………………………………

6

4.- Desarrollo

………………………………………

8

5.- Tabulación de datos

………………………………………

26

6.- Conclusión

………………………………………

27

Objetivos

En el presente informe me centrare en el diseño, construcción y formación de un motor, para ello averiguare, analizare y enlistare todos los materiales e instrumentos que utilizare para la construcción de dicho motor.

El objetivo en si de dicho proyecto será la formación estructural y físico del motor el cual debe satisfacer el objetivo principal, el cual es el funcionamiento correcto y sin problemas de nuestro motor.

Fundamentos Teóricos

Conceptos Aplicados

1° Parte

1.- Imán:

Un imán es toda sustancia que posee o ha adquirido la propiedad de atraer el hierro. Normalmente son barras o agujas imantadas de forma geométrica regular y alargada.

2.- Bobina:

Es un enrollamiento de un cable conductor alrededor de un cilindro sólido o hueco, cuya especial geometría le confiere importantes características magnéticas.

3.-Bobina eléctrica:

Es un dispositivo de dos terminales que consiste en un alambre conductor embobinado. Una corriente que fluya a través del dispositivo produce un flujo magnético Ø el cual forma trayectorias cerradas encerrando las bobinas construidas en el inductor.

3.- Lamina de cobre:

Delgada y pequeña lamina de cobre la cual nos sirve como conductor de la electricidad, para mover el rotor o la bobina en conjunto con el campo magnético que se produce.

4.- Corriente alterna:

Es la corriente la cual varía a partir de cero a un máximo positivo hasta cero a un máximo negativo hasta cero, un número de veces por segundo, el número siendo expresado en ciclos por segundo de Hertzios (HZ).

5.- Escobillas:

Un elemento de conducción, usualmente de grafito/o cobre, el cual mantiene el deslizamiento del contacto eléctrico entre un elemento estacionario y un elemento en movimiento.

6.- Conductor:

Un alambre o cable diseñado para el paso de corriente eléctrica.

7.- Soporte:

El marco metálico que encierra y protege el generador o motor, que en nuestro caso seria de madera.

8.- Ciclo:

Un cambio de rumbo completo de la corriente alterna de voltaje, a partir de cero hasta un máximo positivo a cero hasta un máximo negativo devolviéndose a cero. El número de ciclos por segundo es la frecuencia expresada en Hertzios (HZ).

9.- Corriente Continua:

Una corriente eléctrica que fluye en una sola dirección. La corriente continua es producida por una acción química (i.e. una batería) o por inducción electromagnética.

10.- Generador:

Un nombre general para un dispositivo que convierte la energía mecánica en energía eléctrica. La energía eléctrica puede ser corriente continua (CC) o corriente alterna (AC).

11.- Rotor:

El elemento rotante de un generador o motor.

12.- Electroimán:

Es una bobina por la cual se hace pasar corriente eléctrica, comportándose como imán natural. Esta conformado por una bobina atravesada por un núcleo de ferrita. Cuando conectamos una corriente continua al electroimán se produce una imantación constante que recorre el núcleo de ferrita, es decir se tiene un imán con sus dos polos.

Conceptos Aplicados

2° parte

- Hans Crhistian Oersted:

Descubrió la estrecha conexión que existe entre la electricidad y el magnetismo.

Oersted descubrió la relación que existe entre la electricidad y el magnetismo al percatarse del movimiento desviatorio que experimentaba la aguja de una brújula.

El hallazgo fue posible debido a que Oersted adjuntó una pila eléctrica a un cable conductor que se encontraba cerca de la brújula y, en ese instante, pudo observar que la aguja de ésta se movía en dirección hacia donde se encontraba el cable. Esta reacción comprobó la relación que existe entre la electricidad y el magnetismo.

- Ley de Lenz:

Ley que permite predecir el sentido de la fuerza electromotriz inducida en un circuito eléctrico.

La dirección de la fuerza electromotriz inducida y de la corriente inducida puede encontrarse por medio de la ley de Lenz, la cual puede establecerse como sigue:

  

“La polaridad de una fuerza electromotriz inducida es tal que tiende a producir una corriente que creará un flujo magnético que se opone al cambio del flujo magnético a través de la espira. “

  

Esto significa que la corriente inducida tiende a evitar el cambio del flujo original a través del circuito. La interpretación de este enunciado depende de las circunstancias. Esta ley es una consecuencia de la ley de la conservación de la energía.

Ley de Lenz: su definición sería: "La FEM y la corriente inducidas poseen una dirección y sentido tal que tienden a oponerse a la variación que las produce".

La corriente inducida en ella debe oponerse a esta disminución de flujo, tratando de que el campo magnético debido a esa corriente contribuya a mantener el flujo. Esto lo vemos en esta figura.

'Motores'

- Ley de Faraday:

En 1831 descubrió el fenómeno de la inducción electromagnética. El observó que la variación que la variación del flujo magnético a través de la superficie encerrada por una espira cerrada, conduce a la aparición en ella de una corriente eléctrica. Los experimentos de Faraday demostraron que la corriente de inducción (o la fem de inducción) no depende en absoluto de la razón por la cual varía el flujo del campo magnético.

Se puede variar el campo magnético exterior, manteniendo la espira inmóvil (desplazando la fuente del campo magnético) o se puede mantener el campo magnético constante y hacer desplazar la espira o deformarla. En cualquiera de los casos la fem de inducción resulta proporcional a la velocidad de variación del campo magnético (precisamente esta es la Ley de Faraday), y la dirección de la corriente se determina con la Ley de Lenz. Lo anterior se expresa con:

'Motores'

- Ley de Biot - Savart:

La ley de Biot-Savart que da la intensidad del campo magnético creado por una corriente eléctrica.

Desarrollo

Bobinas o Inductores

La bobina es un elemento muy interesante. A diferencia del condensador, la bobina por su forma (espiras de alambre arrollados) almacena energía en forma de campo magnético. Todo cable por el que circula una corriente tiene a su alrededor un campo magnético generado por la mencionada corriente, siendo el sentido de flujo del campo magnético el que establece la ley de la mano derecha. Al estar la bobina hecha de espiras de cable, el campo magnético circula por el centro de la bobina y cierra su camino por su parte exterior

Una característica interesante de las bobinas es que se oponen a los cambios bruscos de la corriente que circula por ellas. Esto significa que a la hora de modificar la corriente que circula por ellas (ejemplo: ser conectada y desconectada a una fuente de poder), esta tratará de mantener su condición anterior.

Las bobinas se miden en Henrios (H.), pudiendo encontrarse bobinas que se miden en MiliHenrios (mð). El valor que tiene una bobina depende de:

El número de espiras que tenga la bobina (a más vueltas mayor inductancia, o sea mayor valor en Henrios).
- El diámetro de las espiras (a mayor diámetro, mayor inductancia, o sea mayor valor en Henrios).
- La longitud del cable de que está hecha la bobina.
- El tipo de material de que esta hecho el núcleo si es que lo tiene.

Una de las aplicaciones más comunes de las bobinas y que forma parte de nuestra vida diaria es la bobina que se encuentra en nuestros autos y forma parte del sistema de ignición.

En los sistemas de iluminación con tubos fluorescentes existe un elemento adicional que acompaña al tubo y que comúnmente se llama balastro 

En las fuentes de alimentación también se usan bobinas para filtrar componentes de corriente alterna y solo obtener corriente continua en la salida

'Motores'

Símbolo de la bobina

Corriente Alterna y Continua

1.- Corriente Alterna:

La corriente alterna es aquella que cambia de sentido a lo largo del tiempo: fluye periódicamente por el circuito en un sentido y en el contrario. Cuando se hace oscilar un conductor en un campo magnético, el flujo de corriente en el conductor cambia de sentido tantas veces como lo hace el movimiento físico del conductor. Varios sistemas de generación de electricidad se basan en este principio

La característica práctica más importante de la corriente alterna es que su voltaje puede cambiarse mediante un sencillo dispositivo electromagnético denominado transformador.

Suele utilizarse como fuente de energía eléctrica tanto en aplicaciones industriales como en el hogar.

'Motores'

Generador de corriente alterna

2.- Producción de una corriente alterna:

La corriente alterna se caracteriza porque su sentido cambia alternativamente con el tiempo. Ello es debido a que el generador que la produce invierte periódicamente sus dos polos eléctricos, convirtiendo el positivo en negativo y viceversa, muchas veces por segundo.

La ley de Faraday-Henry establece que se induce una fuerza electromotriz (f.e.m.) ð en un circuito eléctrico siempre que varíe el flujo magnético ð que lo atraviesa. Pero de acuerdo con la definición de flujo magnético (ecuación 12.1), éste puede variar porque varíe el área S limitada por el conductor, porque varíe la intensidad del campo magnético B o porque varíe la orientación entre ambos dada por el ángulo 'Motores'
.

En las primeras experiencias de Faraday las corrientes inducidas se conseguían variando el campo magnético B; no obstante, es posible provocar el fenómeno de la inducción sin desplazar el imán ni modificar la corriente que pasa por la bobina, haciendo girar ésta en torno a un eje dentro del campo magnético debido a un imán. En tal caso el flujo magnético varía porque varía el ángulo 'Motores'
. Utilizando el tipo de razonamiento de Faraday, podría decirse que la bobina al rotar corta las líneas de fuerza del campo magnético del imán y ello da lugar a la corriente inducida.

En una bobina de una sola espira la fuerza electromotriz

'Motores'

bobina desde la posición paralela ('Motores'
= 90º) a la posición perpendicular ('Motores'
= 0º) puede calcularse a partir de la ley de Faraday-Henry, en la forma:

'Motores'

Como el flujo ð inicial es cero (cos 90º = 0) y el final es B · S (cos 0º = 1), la variación ðð o diferencia entre ambos es igual al producto B · S. Considerando el instante inicial igual a cero, resulta ðt = t · 0 = t, siendo t el tiempo correspondiente al instante final después de un cuarto de vuelta. De este modo se obtiene el resultado anterior.

Si se hace rotar la espira uniformemente, ese movimiento de rotación periódico da lugar a una variación también periódica del flujo magnético o, en otros términos, la cantidad de líneas de fuerza que es cortada por la espira en cada segundo toma valores iguales a intervalos iguales de tiempo. La f.e.m. inducida en la espira varía entonces periódicamente con la orientación y con el tiempo, pasando de ser positiva a ser negativa, y viceversa, de una forma alternativa. Se ha generado una f.e.m. alterna cuya representación gráfica, en función del tiempo, tiene la forma de una línea sinusoidal.

3.- Corriente Continua:

La corriente continua es una corriente eléctrica de polaridad constante: su sentido no cambia con el tiempo.

El flujo de una corriente continua está determinado por tres magnitudes relacionadas entre sí. La primera es la diferencia de potencial en el circuito, que en ocasiones se denomina fuerza electromotriz (f.e.m.), tensión o voltaje. La segunda es la intensidad de corriente.

La tercera magnitud es la resistencia del circuito.

Los generadores de corriente continua se llaman dinamos.

Motores de Corriente Continua y Alterna

1.- Motores de Corriente Continua:

Los motores de corriente continua se usan en una amplia variedad de aplicaciones industriales en virtud de la facilidad con la que se puede controlar la velocidad. La característica velocidad-par se puede hacer variar para casi cualquier forma útil. Es posible la operación continua sobre un rango de velocidades de 8:1. En tanto que los motores de corriente alterna tienden a pararse, los motores de corriente continua pueden entregar más de cinco veces el par nominal (si lo permite la alimentación de energía eléctrica). Se puede realizar la operación en reversa sin conmutar la energía eléctrica.

-Clases de motores de corriente continua:

Se pueden dividir dentro de dos grandes tipos:

Motores de imán permanente, entre ellos:

- Motores de corriente continua sin escobilla.

- Servomotores.

Y en capacidades nominales de fracciones de caballo de potencia y los motores de corriente continua de campo devanado, los que a su vez se clasifican como:

Motor en derivación, en el que el devanado del campo está conectado en paralelo con la armadura.

Motor devanado en serie, en el que el devanado del campo está conectado en serie con la armadura.

Motor en compound, en el que se tiene un devanado del campo en serie y otro en paralelo.

- Motores de corriente continua de imán permanente:

Existen motores de imán permanente (PM, permanent magnet), en tamaños de fracciones de caballo y de números pequeños enteros de caballos. Tienen varias ventajas respecto a los del tipo de campo devanado. No se necesitan las alimentaciones de energía eléctrica para excitación ni el devanado asocia­do. Se mejora la confiabilidad, ya que no existen bobinas excitadoras del campo que fallen y no hay probabilidad de que se presente una sobre velocidad debida a pérdida del campo. Se mejoran la eficiencia y el enfriamiento por la eliminación de pérdida de potencia en un campo excitador. Así mismo, la característica par contra corriente se aproxima más a lo lineal. Un motor de imán permanente (PM) se puede usar en donde se requiere un motor por completo encerrado para un ciclo de servicio de excitación continua.

Los efectos de la temperatura dependen de la clase de material que se use en el imán. Los motores de número entero de caballos de potencia con imanes del tipo Álnico resultan menos afectados por la temperatura que los que tienen imanes de cerámica, porque el flujo magnético es constante. Por lo común, los imanes de cerámica que se utilizan en los motores de fracción de caballo tienen características que varían con la temperatura muy aproximadamente como varían los campos en derivación de las máquinas excitadas. Las desventajas son la falta de control del campo y de características especiales velocidad-par. Las sobrecargas pueden causar desmagnetización parcial que cambia las características de velocidad y de par del motor, hasta que se restablece por completo la magnetización. En general, un motor PM de número entero de caballos es un poco más grande y más caro que un motor equivalente con devanado en derivación, pero el costo total del sistema puede ser menor. Un motor PM es un término medio entre los motores de devanado compound y los devanados en serie. Tiene mejor par de arranque, pero alrededor de la mitad de la velocidad en vacío de un motor devanado en serie.

- Motores de corriente continua sin escobillas:

Los motores de corriente continua sin escobillas tienen una armadura estacionaria y una estructura rotatoria del campo, exactamente en forma opuesta a como están dispuestos esos elementos en los motores convencionales de corriente directa. Esta construcción aumenta la rapidez de disipación del calor y reduce la inercia del rotor. Imanes permanentes suministran el flujo magnético para el campo. La corriente directa hacia la armadura se conmuta con transistores, en vez de las escobillas y las delgas del colector de los motores convencionales de corriente directa. Es normal que las armaduras de los motores de corriente continua sin escobillas contengan de dos a seis bobinas, en tanto que las armaduras de los motores convencionales de corriente continua contienen de 10 a 50. Los motores sin escobillas tienen menos bobinas porque se requieren dos o cuatro transistores para conmutar cada bobina del motor. Esta disposición se vuelve cada vez más costosa e ineficiente a medida que aumenta el número de devanados. Los transistores que controlan cada devanado de un motor sin escobillas de corriente continua se activan y desactivan a ángulos específicos del rotor. Los transistores suministran pulsos de comente a los devanados de la armadura, los cuales son semejantes a los que suministra un conmutador. La secuencia de conmutación se dispone para producir un flujo magnético rotatorio en el entrehierro, que permanece formando un ángulo fijo con el flujo magnético producido por los imanes permanentes del rotor. El par produ­cido por un motor sin escobillas de corriente continua es directamente proporcional a la corriente de la armadura.

- Servomotores de corriente directa:

Los servomotores de corriente continua son motores de alto rendimiento que por lo general se usan como motores primarios en computadoras, maquinaria controlada numéricamente u otras aplicaciones en donde el arranque y la detención se deben hacer con rapidez y exactitud. Los servomotores son de peso ligero, y tienen armaduras de baja inercia que responden con rapidez a los cambios en el voltaje de excitación. Además, la inductancia muy baja de la armadura en estos motores da lugar a una baja constante eléctrica de tiempo (lo normal entre 0.05 y 1.5 mS) que agudiza todavía más la respuesta del motor a las señales de comando. Los servomotores incluyen motores de imán permanente, circuito impreso y bobina (o coraza) móvil. El rotor de un motor acorazado consta de una coraza cilíndrica de bobinas de alambre de cobre o de aluminio. El alambre gira en un campo magnético en el espacio anular entre las piezas polares magnéticas y un núcleo estacionario de hierro. El campo es producido por imanes de fundición de Álnico cuyo eje magnético es radial. El motor puede tener dos, cuatro o seis polos. Cada uno de estos tipos básicos tiene sus propias características, como son la inercia, forma física, costos, resonancia de la flecha, configuración de ésta, velocidad y peso. Aun cuando estos motores tienen capacidades nominales similares de par, sus constan­tes físicas y eléctricas varían en forma considerable. La selección de un motor puede ser tan sencilla como ajustar uno al espacio del que se disponga. Sin embargo, en general éste no es el caso, ya que la mayor parte de los servo sistemas son muy complejos.

- Motores de corriente continua con campo devanado:

La construcción de esta categoría de motores es prácticamente idéntica a la de los generadores de corriente directa; con un pequeño ajuste, la misma máquina de corriente continua se puede operar como generador o como motor de corriente directa.

Los motores de corriente continua de imán permanente tienen campos alimentados por imanes permanentes que crean dos o más polos en la armadura, al pasar flujo magnético a través de ella. El flujo magnético hace que se cree un par en la armadura que conduce corriente. Este flujo permanece básicamente constante a todas las velocidades del motor: las curvas velocidad-par y corriente-par son lineales.

- Motores en derivación:

Es el tipo de motor de corriente continua cuya velocidad no disminuye mas que ligeramente cuando el par aumenta. En los motores de corriente continua y especialmente los de velocidad prácticamente constante, como los shunt, la variación de velocidad producida cuando funciona en carga y en vacío da una base de criterio para definir sus características de funcionamiento.

Excepcionalmente, la reacción del inducido debería ser suficientemente grande para que la característica de velocidad fuera ascendente al aumentar la carga.

Los polos de conmutación han mejorado la conmutación de los dinamos de tal manera que es posible usar un entrehierro mucho más estrecho que antiguamente.

Como la armadura de un motor gira en un campo magnético, se genera una f.e.m. en los conductores que se opone a la dirección de la corriente y se le conoce como fuerza contraelectromotriz. La f.e.m. aplicada debe ser bastante grande como para vencer la fuerza contraelectromotriz y también para enviar la corriente Ia de la armadura a través de Rm, la resistencia del devanado de la armadura y las escobillas.

- Motor devanado en serie:

Es el motor cuya velocidad disminuye sensiblemente cuando el par aumenta y cuya velocidad en vacío no tiene límite teóricamente.

Los motores con excitación en serie son aquellos en los que el inductor esta conectado en serie con el inducido. El inductor tiene un número relativamente pequeño de espiras de hilo, que debe ser de sección suficiente para que se pase por él la corriente de régimen que requiere el inducido. En los motores serie, el flujo depende totalmente de la intensidad de la corriente del inducido.

Si el hierro del motor se mantiene a saturación moderada, el flujo será casi directamente proporcional a dicha intensidad. Velocidad y par de los motores devanados en serie.

Si la carga en un motor devanado en serie se hace pequeña, la velocidad aumen­ta mucho, de modo que un motor de este tipo siempre debe conectarse a la carga a través de un engranaje reductor o directamente. Si se conectara mediante banda y ésta se rompiera, la velocidad del motor se dispararía y el motor probablemente estallaría.

Para una carga dada y, por lo tanto, para una corriente dada, la velocidad de un motor devanado en serie se puede incrementar al poner en derivación el devanado en serie, o bien, al poner en cortocircuito algunas de las vueltas en serie, de modo que se reduzca el flujo magnético. La velocidad se puede reducir al introducir una resistencia en serie con la armadura.

2.- Motores de corriente alterna:

Se diseñan dos tipos básicos de motores para funcionar con corriente alterna polifásica: los motores síncronos y los motores de inducción. El motor síncrono es en esencia un alternador trifásico que funciona a la inversa. Los imanes del campo se montan sobre un rotor y se excitan mediante corriente continua, y las bobinas de la armadura están divididas en tres partes y alimentadas con corriente alterna trifásica. La variación de las tres ondas de corriente en la armadura provoca una reacción magnética variable con los polos de los imanes del campo, y hace que el campo gire a una velocidad constante, que se determina por la frecuencia de la corriente en la línea de potencia de corriente alterna.

La velocidad constante de un motor síncrono es ventajosa en ciertos aparatos. Sin embargo, no pueden utilizarse este tipo de motores en aplicaciones en las que la carga mecánica sobre el motor llega a ser muy grande, ya que si el motor reduce su velocidad cuando está bajo carga puede quedar fuera de fase con la frecuencia de la corriente y llegar a pararse. Los motores síncronos pueden funcionar con una fuente de potencia monofásica mediante la inclusión de los elementos de circuito adecuados para conseguir un campo magnético rotatorio.

El más simple de todos los tipos de motores eléctricos es el motor de inducción de caja de ardilla que se usa con alimentación trifásica. La armadura de este tipo de motor consiste en tres bobinas fijas y es similar a la del motor síncrono. El elemento rotatorio consiste en un núcleo, en el que se incluyen una serie de conductores de gran capacidad colocados en círculo alrededor del árbol y paralelos a él. Cuando no tienen núcleo, los conductores del rotor se parecen en su forma a las jaulas cilíndricas que se usaban para las ardillas. El flujo de la corriente trifásica dentro de las bobinas de la armadura fija genera un campo magnético rotatorio, y éste induce una corriente en los conductores de la jaula. La reacción magnética entre el campo rotatorio y los conductores del rotor que transportan la corriente hace que éste gire. Si el rotor da vueltas exactamente a la misma velocidad que el campo magnético, no habrá en él corrientes inducidas, y, por tanto, el rotor no debería girar a una velocidad síncrona. En funcionamiento, la velocidad de rotación del rotor y la del campo difieren entre sí de un 2 a un 5%. Esta diferencia de velocidad se conoce como caída.

Los motores con rotores del tipo jaula de ardilla se pueden usar con corriente alterna monofásica utilizando varios dispositivos de inductancia y capacitancia, que alteren las características del voltaje monofásico y lo hagan parecido al bifásico. Este tipo de motores se denominan motores multifásicos o motores de condensador (o de capacidad), según los dispositivos que usen. Los motores de jaula de ardilla monofásicos no tienen un par de arranque grande, y se utilizan motores de repulsión-inducción para las aplicaciones en las que se requiere el par. Este tipo de motores pueden ser multifásicos o de condensador, pero disponen de un interruptor manual o automático que permite que fluya la corriente entre las escobillas del conmutador cuando se arranca el motor, y los circuitos cortos de todos los segmentos del conmutador, después de que el motor alcance una velocidad crítica. Los motores de repulsión-inducción se denominan así debido a que su par de arranque depende de la repulsión entre el rotor y el estátor, y su par, mientras está en funcionamiento, depende de la inducción. Los motores de baterías en serie con conmutadores, que funcionan tanto con corriente continua como con corriente alterna, se denominan motores universales. Éstos se fabrican en tamaños pequeños y se utilizan en aparatos domésticos.

3.-Otros tipos de máquinas:

En aplicaciones especiales se emplean algunos tipos de máquinas dinamoeléctricas combinadas. Por lo general, es deseable cambiar de corriente continua a alterna o a la inversa, o cambiar de voltaje de alimentación de corriente continua, o la frecuencia o fase con alimentación de corriente alterna. Una forma de realizar dichos cambios, es usar un motor que funcione con el tipo disponible de alimentación eléctrica para que haga funcionar un generador que proporcione a su vez la corriente y el voltaje deseados. Los generadores de motor, que están compuestos de un motor que se acopla mecánicamente a un generador adecuado, pueden realizar la mayoría de las conversiones antes indicadas. Un transformador rotatorio es una máquina que sirve para convertir corriente alterna en continua, usando bobinas separadas en una armadura rotatoria común. El voltaje de alimentación de corriente alterna se aplica a la armadura a través de los anillos colectores, y el voltaje de la corriente continua se extrae de la máquina con un conmutador independiente. Un dinamotor, que se usa por lo general para convertir corriente continua de bajo voltaje en corriente de alto voltaje, es una máquina parecida que tiene bobinas de armadura independientes.

Las máquinas de corriente continua conocidas como amplidinas o rototroles, que tienen varias bobinas de campo, se usan como amplificadores de potencia. Un pequeño cambio en la potencia suministrada a una bobina de campo produce un gran cambio en la potencia de salida de la máquina. Estos amplificadores electrodinámicos se utilizan a menudo en servomecanismos y otros sistemas de control

Fuerza Magnética Ejercida sobre una Carga Eléctrica.

Una pregunta importante es la de si los Campos Magnéticos ejercen fuerza sobre las cargas eléctricas. La experiencia indica que si colocamos una carga eléctrica en reposo en un campo magnético, no se ejerce ninguna fuerza sobre la carga.

Igualmente, si una carga se mueve en dirección paralela al campo magnético, o sea según una línea de fuerza, tampoco se ejerce una fuerza sobre la carga. Esta es otra manera de determinar la dirección del campo magnético en un lugar.

Sin embargo, si lanzamos una carga eléctrica en dirección perpendicular al campo magnético, observamos que describe un movimiento circular. El sentido en que la carga recorre la circunferencia depende de que la carga sea positiva o negativa. Para determinar el sentido del movimiento, aplicamos la siguiente regla: Si colocamos la mano derecha con el pulgar extendido y apuntando en la dirección del campo, y luego cerramos la mano, el sentido en el que se arrollan los demás dedos coincide con la dirección en que se mueven las cargas negativas y con la contraria al movimiento de las cargas de las positivas.

'Motores'

Cuando se lanza una carga en dirección oblicua a un campo magnético, se observa que la carga describe una trayectoria en espiral. Esto se debe a que el movimiento paralelo al campo magnético no es afectado por éste, mientras que el movimiento perpendicular al campo es circular. La composición de ambos movimientos da lugar a una trayectoria en espiral.

El análisis de las diversas trayectorias de una partícula cargada moviéndose en un campo magnético indica que la fuerza magnética sobre una carga eléctrica es perpendicular a la velocidad de la carga y perpendicular al campo magnético.

Por tanto, deducimos que la carga magnética sobre una carga magnética es perpendicular al plano determinado por la velocidad de la carga y dirección del campo magnético. La dirección de la fuerza magnética se determina por la regle de la mano derecha (ver figura), si se disponen los dedos de la mano derecha como se ilustra, de modo que el dedo mayor indique la dirección de la velocidad y el pulgar señale la dirección del campo magnético, la fuerza magnética tiene la dirección del índice si la carga es positiva, y contraria si la carga es negativa.

F = Q·V·B·sen

Donde:

F: fuerza magnética,

Q: carga puesta en el campo,

V: rapidez de la carga,

B: intensidad del campo,

: Ángulo que forman V y B.

Trayectoria de una partícula en un campo magnético.

La desviación de una aguja magnética bajo la acción de un campo originado por una corriente, según el experimento de Oersted, pone de manifiesto la existencia de una fuerza magnética que el campo aplica sobre la aguja.

Si existe una fuerza hacia alguna dirección, según la tercera ley de Newton, debe existir una segunda fuerza equivalente y de sentido contrario, que actúe sobre el conductor o sobre las cargas en movimiento. Esto se da realmente, ya que si colocamos una barra conductora en un imán en forma de “u”, observaremos que se mueve saliendo o entrando en el imán, hacia el lado de la corriente que este dispuesto. Al experimentar en esta forma nos damos cuenta que el sentido de la corriente, el campo y el movimiento son perpendiculares entre sí. Esto permite señalar varias reglas para determinar con precisión uno de éstos sentidos cuando se conocen los otros dos.

'Motores'

La noción del flujo magnético.

Flujo magnético:

La representación de la influencia magnética de un imán o de una corriente eléctrica en el espacio que les rodea mediante líneas de fuerza fue ideada por Faraday y aplicada en la interpretación de la mayor parte de sus experimentos sobre electromagnetismo. Mediante este tipo de imágenes Faraday compensaba su escasa preparación matemática, apoyándose así su enorme habilidad gráfica y su no inferior intuición científica. La noción de flujo magnético recoge esa tradición iniciada por Faraday de representar los campos mediante líneas de fuerza, pero añade, además, un significado matemático.

Cuando se observa, con la ayuda de limaduras de hierro, el campo magnético creado por un imán recto, se aprecia que, en los polos, las líneas de fuerza están más próximas y que se separan al alejarse de ellos. Dado que la intensidad del campo magnético B disminuye con la distancia a los polos, parece razonable relacionar ambos hechos y establecer por convenio una proporcionalidad directa entre la intensidad del campo B y la cantidad de líneas de fuerza que atraviesan una superficie de referencia unidad. Cuanto más apretadas están las líneas en una región, tanto más intenso es el campo en dicha región.

El número de líneas de fuerza del campo B que atraviesa una superficie unidad depende de cómo esté orientada tal superficie con respectó a la dirección de aquéllas. Así, para un conjunto de líneas de fuerza dado, el número de puntos de intersección o de corte con la superficie unidad será máximo para una orientación perpendicular y nulo para una orientación paralela. El número de líneas de fuerza del campo B que atraviesa perpendicularmente una superficie constituye entonces una forma de expresar el valor de la intensidad de dicho campo.

Se define el flujo del campo magnético B a través de una superficie, y se representa por la letra griega ð, como el número total de líneas de fuerza que atraviesan tal superficie. En términos matemáticos, para un campo magnético constante y una superficie plana de área S, el flujo magnético se expresa en la forma:

ð = B · S · cos 'Motores'

Siendo 'Motores'
el ángulo que forman las líneas de fuerza (el vector B) con la perpendicular a la superficie. Dicha ecuación recoge, mediante el cos 'Motores'
, el hecho de que el flujo varíe con la orientación de la superficie respecto del campo B y también que su valor dependa del área S de la superficie atravesada. Para 'Motores'
= 0º (intersección perpendicular) el flujo es máximo e igual a B · S; para 'Motores'
= 90º (intersección paralela) el flujo es nulo.

La idea de flujo se corresponde entonces con la de «cantidad» de campo magnético que atraviesa una superficie determinada. En el Sistema Internacional se expresa en wéber (Wb). Un wéber es el flujo magnético que, al atravesar un circuito de una sola espira produce en la misma una fuerza electromotriz de 1 volt si se anula dicho flujo en 1 segundo por crecimiento uniforme.

Experiencia de Faraday:

Colocó una espira conductora sin estar conectada a ningún generador eléctrico. Al acercar o alejar un imán, el galvanómetro detecta el paso de corriente por la espira mientras el imán está en movimiento. Si se mantiene fijo el imán y se mueve la espira, aparece una corriente mientras exista movimiento entre imán y espira.

La variación de las condiciones magnéticas del circuito induce la aparición de una corriente eléctrica. Se denomina inducción electromagnética.

Campo magnético de una espira con corriente:

El campo magnético en el centro de una espira de radio r con corriente de magnitud. Las líneas de fuerza de B son perpendicular al plano de la espira. Con el fin de encontrar la dirección de B, sujete la espira de manera que los dedos queden curvados de la mano derecha apunten en la dirección de la corriente, así el pulgar de esa mano apunta en la dirección de B. Un solenoide es un enrollamiento que consta de muchas espiras de alambre. Si las vueltas de alambre están cerca y el solenoide es largo comparado con su diámetro, el campo magnético dentro de el es uniforme y paralelo al eje y de magnitud

Solenoide:

Conductor formado por espiras en forma de hélice.

Al circular una corriente eléctrica, genera un campo magnético muy intenso. Las líneas de fuerza son paralelas al eje.

Cuanto mayor sea la intensidad de la corriente, mayor será la intensidad del campo.

'Motores'

Electroimán:

Es un imán artificial temporal que produce un campo magnético cuando circula por él una corriente eléctrica, y sólo mientras dura el paso de la misma.

Está formado por un solenoide en cuyo interior hay un núcleo de hierro dulce.

El campo magnético creado se puede hacer más o menos intenso variando el valor de la intensidad de la corriente (se utiliza en timbres, grúas...)

IMANES

Un imán es toda sustancia que posee o ha adquirido la propiedad de atraer el hierro. Normalmente son barras o agujas imantadas de forma geométrica regular y alargada. Existen tres tipos de imanes:

- Imanes naturales.- La magnetita es un potente imán natural, tiene la propiedad de atraer todas las sustancias magnéticas. Su característica de atraer trozos de hierro es natural. Esta compuesta por óxido de hierro. Las sustancias magnéticas son aquellas que son atraídas por la magnetita.

- Imanes artificiales permanentes.- Son las sustancias magnéticas que al frotarlas con la magnetita, se convierten en imanes, y conservan durante mucho tiempo su propiedad de atracción.

- Imanes artificiales temporales.- Aquellos que producen un campo magnético sólo cuando circula por ellos una corriente eléctrica. Un ejemplo es el electroimán.

Partes de un Imán:

  • Eje Magnético.- Eje magnético de la barra de la línea que une los dos polos.

  • Línea neutra.- Línea de la superficie de la barra que separa las zonas polarizadas.

  • Polos.- Son los dos extremos del imán donde las fuerzas de atracción son más intensas. Son el polo norte y el polo sur. Ejemplo figura de abajo:

'Motores'

Interacción entre Imanes:

Los polos magnéticos de diferente nombre se atraen; los del mismo nombre se repelen. Si se rompe un imán, cada uno de los trozos se comporta como nuevo imán, y presenta sus propios polos norte y sur. Cuando se aproxima una aguja imantada o brújula a un imán, el polo sur de la aguja se orienta hacia el polo norte debido a la atracción entre ambos. Es imposible separar los polos de un imán.

Campo Magnético:

Es la región del espacio en la que actúa una fuerza sobre una aguja imantada o sobre un imán. Un imán altera el espacio a su alrededor: pequeñas agujas imantadas o trozos de hierro, son atraídos por el imán, pero no experimenten ningún efecto en ausencia del mismo. Los campos magnéticos se representan mediante líneas de fuerza. El campo es más intenso en las regiones próximas a las líneas de fuerza (los polos).

Los campos magnéticos se representan mediante líneas de fuerza.

El campo es más intenso en las regiones próximas a las líneas de fuerza: los polos.

Conclusión

En este trabajo se logro diseñar y construir un motor el cual pudo producir el movimiento para el rotor, es decir, que se logro su objetivo principal el cual era el funcionamiento correcto y sin problemas de nuestro motor totalmente artesanal. Además cave mencionar que se logró unas buenas definiciones teóricas con respecto a las partes y funcionalidad de nuestro motor, y con un buen rendimiento en si.

Menciono también algunos problemas que se presentaron en el diseño y construcción de dicho motor, como el cual se presento a la hora de hacer andar o hacer funcionar el motor, pero sin ningún mayor problema y dándole una solución rápida e inmediata sin mas demora de tiempo.

Campo Magnético Terrestre; la tierra es un imán

Campo Magnético

'Motores'

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