divendres, 3 de juny del 2011

Un motor elèctric de construcció senzilla, baixos costos i alta tecnologia

Nota:Aquest article és una versió modificada de l'original publicat en alemany en la revista Physik in unserer Zeit 35 (2004), 272-273 .H. Joachim Schlichting i Christian Ucke


''Els experiments elèctrics són els més interessants i comprensibles que ofereix la física.''

Gaston Bachelard



Si se suspèn del born d'una bateria per un imant cilíndric i un cargol i es connecta
a l'altre born de la bateria, aquest dispositiu comença a rotar. No només és
el motor elèctric més senzill sinó també més ràpid de construir.


Els motors elèctrics són principalment coneguts com a complicats sistemes de filferros embobinats i imants. Als ulls dels expectadors  (també dels experts) es pot observar sorpresa i fascinació quan en uns segons, es crea un motor amb una bateria, un cargol d'acer, un imant cilíndric i un filferro conductor, que efectua una ràpida rotació.

L'imant, gràcies a la seva força magnètica, juntament amb el cargol forma un rotor, i el cargol que al seu torn s'ha magnetizat, està suspès d'un born de la bateria. La punta del cargol penjant que està connectada a la bateria produeix una fricció molt baixa. La gravitació manté al rotor en posició vertical. En l'exemple, figura 1, s'usa un imant molt potent de neodymium (NeFeB), la superfície del qual cromada condueix el corrent elèctric. Amb el dit índex d'una mà s'estreny un extrem del
filferro a un born de la bateria i amb l'altra s'ajunta l'altre extrem del filferro a l'imant. Així es crea un contacte el frec del qual és de baixa fricció.

El motor


El rotor, que està format pel cargol i l'imant, realitza dues funcions essencials de la física:primer proporciona un camp magnètic, necessari per a un motor elèctric i segon, condueix l'electricitat d'un born a l'altre de la bateria a través del filferro. Això és un exemple estupend d'un experiment manual, d'alta tecnologia i baixos costos ('hands-on, high tech i low-cost).

La diferència entre un motor típic i aquest dispositiu sembla ser bastant gran, ja que en aquesta
construcció no només falta la bobina que genera un segon camp magnètic, sinó que el commutador, el qual inverteix la polaritat del corrent en el moment indicat.

Explicació: L'alt corrent (curtcircuit) que flueix d'un born a l'altre de la bateria, a través
del filferro, l'imant i el cargol, pansa a través del camp magnètic de l'imant. Es crea una
força Lorentz perpendicular al corrent i a l'adreça del camp magnètic. L'adreça
d'aquesta força ve donada per la 'regla de la mà dreta'.
Figura 2: Secció a través de l'imant
permanent que mostra les línies
del camp magnètic (B), el corrent (I) i
el sentit de rotació



Figura 3: La roda de Barlow



La força del corrent es transforma en un moment de torsió, que fa rotar al cilindre magnètic. La simetria d'aquesta constel·lació no és afectada per la rotació, resultant així una rotació contínua.
Aquesta construcció en si mateixa no té aplicació en la pràctica i té poc rendiment de manera que no es pot utilitzar en la tecnologia. En canvi mostra de manera clara el principi d'un dels tipus de motor elèctric més antic. Peter Barlow (1776-1862) va construir 'la roda Barlow' l'any 1822, abans de la invenció del motor elèctric tal com ho coneixem avui dia. La seva construcció mostra així mateix un corrent que flueix contínuament i també un moviment continu. La figura 3 mostra un exemple de la construcció de Barlow. Essencialment, consisteix en un platet (aquí en forma d'estel) que trencada en un bany de mercuri. El mercuri serveix com a conductor metàl·lic i líquid. A més té una fricció baixa. Aquesta construcció amb el platet en forma d'estel té menys fricció que un platet rodó. Un imant de ferradura subministra el camp magnètic necessari. En contrast amb el nostre motor manual aquí el
platet, que transporta el corrent, està separat de l'imant.
El nostre motor, juntament amb la roda de Barlow, pertanyen a una classe moderna de motors elèctrics coneguts com a motors monopolars o unipolars.


Figura 4: Un altre disseny



Informació addicional:

Una altra construcció de motor originada per Per-Olof Nilsson de Suècia (Figura 4; comunicació personal). L'avantatge està en què no es necessita sostenir tot el dispositiu amb les mans. No obstant això no és un experiment manual tan senzill i ràpid de construir com el motor que s'ha exposat.
 

Cap comentari:

Publica un comentari a l'entrada