Efecto Motor: 'Fisiología', 'Aprendizaje'

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Definición del efecto motor

Cuando se coloca un imán de herradura alrededor de un cable conductor de corriente, ¡el cable se desvía! Evidentemente, algo ejerce una fuerza sobre el hilo para que se desvíe. Esta fuerza existe debido a la interacción entre la electricidad del cable y el campo magnético del imán de herradura. El efecto motor describe cómo la electricidad y los imanes pueden trabajar juntos para crear una fuerza magnética. Esta fuerza magnética es la base de todos los motores eléctricos, de ahí el nombre de "efecto motor".

El efecto motor es el fenómeno de generación de una fuerza en un hilo conductor de corriente en presencia de un campo magnético externo.

Causas del efecto motor

La base del efecto motor es el hecho de que una corriente eléctrica que circula por un hilo produce un campo magnético.

Recuerda que un hilo conductor de corriente tiene un campo magnético cilíndrico a su alrededor (como se explica en el artículo "Campos eléctricos de las corrientes eléctricas"). Si colocas el hilo conductor de corriente dentro de un campo magnético externo, el campo magnético cilíndrico que acompaña a la corriente interactuará con el campo magnético externo. Es esta interacción la que produce una fuerza sobre el hilo: ¡es como si la fuerza entre dos barras magnéticas se debiera a que sus campos magnéticos interaccionan entre sí!

Efecto motor: Dirección de la fuerza

Puedes utilizar la regla de la mano izquierda de Fleming para averiguar la dirección de la fuerza en el efecto motor si conoces la dirección de la corriente y el campo magnético externo implicado. La regla de la mano izquierda de Fleming establece que, si mantienes la mano izquierda como en la imagen siguiente, el pulgar indica la dirección de la fuerza, el índice indica la dirección del campo magnético externo y el dedo corazón indica la dirección de la corriente. Vemos que la dirección de la fuerza $F$ es siempre perpendicular al plano en el que se encuentran el campo magnético $B$ y la corriente $I$ la corriente.

Practica el uso de la regla de la mano izquierda de Fleming hasta que obtengas respuestas correctas a las preguntas sobre la dirección de las magnitudes del efecto motor de forma sistemática.

Efecto motor Regla de Fleming de la mano izquierda StudySmarter

La regla de la mano izquierda de Fleming muestra la dirección de la fuerza sobre un conductor que transporta una corriente en un campo magnético externo, Wikimedia Commons CC BY-SA 4.0

Si una corriente circula de sur a norte, y las líneas del campo magnético (del campo magnético en el que se encuentra el alambre) van de oeste a este, entonces la fuerza sobre el alambre es hacia abajo. ¡Compruébalo con la regla de la mano izquierda de Fleming!

Fórmula del efecto motor

No sólo queremos saber la dirección de la fuerza sobre el alambre, sino también la magnitud de esta fuerza. Si el hilo es perpendicular a las líneas del campo magnético, la fórmula del efecto motor relaciona la corriente que atraviesa el hilo, la longitud del hilo que está en el campo magnético y la intensidad del campo magnético con la fuerza que experimenta el hilo.

$force on the wire = magnetic field strength \times current through wire \times length of wire in magnetic field$ .

Escrita mediante símbolos, obtenemos la ecuación

$F = B I l$ ,

donde

$F$ es la fuerza sobre el alambre en $N$ (newtons),
$B$ es la intensidad del campo magnético en $T$ (teslas),
$I$ es la corriente que atraviesa el cable en $A$ (amperios),
$l$ es la longitud del cable en $m$ (metros) que se encuentra en el campo magnético exterior.

Es una fórmula lógica, porque cuanto más fuerte sea el campo magnético, o mayor sea la corriente eléctrica, o más parte del hilo esté en el campo magnético, mayor será la fuerza sobre el hilo.

Si el alambre no es perpendicular al campo magnético, debemos añadir un término $\sin (θ)$ al lado derecho de la ecuación, donde $θ$ es el ángulo entre el alambre y el campo magnético, mostrado en el diagrama anterior:

$F = B I l \sin (θ)$ .

Esto garantiza que sólo tomamos la componente de la corriente que es perpendicular al campo magnético.

Un cable que transporta una corriente de $I = 5 A$ con una longitud de $5 m$ está parcialmente suspendido en un campo magnético con una intensidad de campo magnético de $B = 0.2 T$ . La parte del hilo que está en el campo magnético mide $40 cm$ de longitud.

En este caso, sólo consideramos la sección del alambre que está en el campo magnético, por lo que:

F = B I l

$F = 0.2 T \times 5 A \times 0.4 m = 0.4 N$ .

Diagrama del efecto motor

A continuación se muestra un diagrama del efecto motor, en el que el polo norte del imán de herradura es rojo y el polo sur verde. El diagrama muestra la dirección de la fuerza como resultado de la dirección del campo magnético y de la corriente.

Diagrama del efecto motor StudySmarter Diagrama del efecto motor para una corriente a través del cable, una intensidad de campo magnético en el cable y una fuerza en el cable, Wikimedia Commons CC BY-SA 4.0.

Experimentos sobre el efecto motor

Existen innumerables aplicaciones del efecto motor en los dispositivos electromecánicos cotidianos. A continuación encontrarás algunos ejemplos de experimentos sencillos que demuestran el efecto motor.

El experimento más sencillo que puedes hacer para demostrar el efecto motor es conseguir un imán de herradura y un alambre que pueda conducir corriente. Si colocas el alambre entre los dos polos del imán de herradura e impulsas una corriente a través del alambre, el efecto motor creará una fuerza sobre el alambre, y éste se desviará (si la fuerza es lo suficientemente grande como para superar el peso y la fricción del alambre).

Otro experimento consiste en utilizar una pila, un pequeño disco magnético y un alambre conductor. El montaje se muestra en la figura siguiente: colocamos el imán debajo de la pila, y doblamos y colocamos el alambre como se muestra.

Las líneas del campo magnético irán hacia arriba y hacia fuera del imán, por lo que el campo magnético estará en direcciones opuestas a ambos lados del alambre.
La corriente irá de arriba abajo (porque el borne positivo de la pila está arriba), por lo que la corriente irá hacia abajo en todas las partes verticales del alambre.
Esto hace que la fuerza magnética generada en el alambre sea opuesta en ambos lados, por lo que el alambre empezará a girar alrededor de la pila.

Efecto motor Experimento con motor de pilas StudySmarter

Un montaje experimental para demostrar el efecto motor, Wikimedia Commons CC BY-SA 4.0.Este experimento convierte la energía química almacenada en la pila en energía cinética almacenada en el alambre utilizando el efecto motor. Ahora vemos que el efecto motor es un buen nombre, ¡porque este experimento crea una forma rudimentaria de motor eléctrico!

Efecto motor - Puntos clave

El efecto motor es la fuerza magnética sobre un hilo conductor de corriente en un campo magnético.
El efecto motor es el resultado de la interacción del campo magnético de un hilo conductor de corriente con un campo magnético externo.
La dirección de la fuerza puede calcularse mediante la regla de Fleming de la mano izquierda.
La fórmula del efecto motor te indica la magnitud de la fuerza sobre un hilo conductor de corriente perpendicular a un campo magnético: $F = B I l$ .
La ecuación del efecto motor muestra que, para aumentar el tamaño de la fuerza, podemos: aumentar la intensidad del campo magnético, hacer pasar una corriente mayor por el alambre o utilizar una longitud mayor de alambre en el campo.
Dos experimentos sencillos para demostrar el efecto motor son:
- Colocar un hilo conductor de corriente entre los polos de un imán de herradura;
- Fabricar un motor sencillo montando una pila con un imán y un alambre unidos como se muestra en la figura anterior.

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Describe el efecto motor.

El efecto motor es la fuerza magnética sobre un hilo conductor de corriente en un campo magnético.

¿Cuál es la causa subyacente del efecto motor?

El campo magnético alrededor de un hilo conductor de corriente interactúa con un campo magnético externo para producir una fuerza sobre el hilo.

¿Cuáles son las cantidades de la regla de la mano izquierda de Fleming?

Pulgar = fuerza
Dedo índice = campo magnético
Dedo corazón = corriente

Si colocamos un alambre de 1 m de longitud que transporta una corriente de 5 A a lo largo de las líneas de campo magnético de un campo magnético externo de 1 T, ¿qué podemos decir de la fuerza sobre el alambre?

La fuerza es nula porque la corriente es paralela a las líneas de campo magnético del campo magnético exterior: no hay ninguna componente de la corriente que sea perpendicular al campo magnético.

Nombra 2 formas de aumentar la fuerza magnética sobre un hilo conductor de corriente.

Las formas posibles son:
Aumentando la corriente;
Aumentando la intensidad del campo magnético;
Aumentando la longitud del hilo en el campo magnético;
Ajustando el hilo de modo que aumente el ángulo entre él y las líneas del campo magnético.

¿Verdadero o falso? Si el ángulo entre el hilo y las líneas de campo magnético se duplica, la fuerza sobre el hilo se duplica.

Falso

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Preguntas frecuentes sobre Efecto Motor

¿Qué es el efecto motor en física?

El efecto motor es el fenómeno por el cual una corriente eléctrica produce movimiento en un conductor dentro de un campo magnético.

¿Cómo se aplica el efecto motor?

Se aplica principalmente en motores eléctricos, donde la interacción entre la corriente y el campo magnético genera movimiento rotativo.

¿Cuál es la fórmula del efecto motor?

La fórmula es F = BIL, donde F es la fuerza, B es el campo magnético, I es la corriente y L es la longitud del conductor.

¿Qué importancia tiene el efecto motor?

El efecto motor es crucial en la tecnología moderna, pues es la base del funcionamiento de motores eléctricos y generadores.

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