El Motor Simple y el Generador

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Objetivos:

Terminada la lección podrás:

• Explicar lo que es un motor.
• Diferenciar entre motor y generador.
• Explicar los principios del funcionamiento de un motor.
• Construir un motor simple usando materiales de uso cotidiano.

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Los motores y los generadores

Los motores y generadores eléctricos son un grupo de aparatos que se utilizan para convertir la energía mecánica en eléctrica, o a la inversa, a través de medios electromagnéticos. A una máquina que convierte la energía mecánica en eléctrica se le denomina generador, alternador o dínamo, y a una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica se le denomina motor.

Principios de funcionamiento de un motor

Introducción

Dos principios físicos relacionados entre sí sirven de base al funcionamiento de los generadores y de los motores. El primero es el principio de la inducción descubierto por el científico e inventor británico Michael Faraday en 1831.   Si un conductor se mueve a través de un campo magnético, o si está situado en las proximidades de otro conductor por el que circula una corriente de intensidad variable, se establece o se induce una corriente eléctrica en el primer conductor.  El principio opuesto a éste fue observado en 1820 por el físico francés André Marie Ampère. Si una corriente pasa a través de un conductor situado en el interior de un campo magnético, éste ejerce una fuerza mecánica sobre el conductor.

En resumen, el principio de funcionamiento de un motor eléctrico se basa en la conversión de energía eléctrica en energía mecánica mediante la interacción de campos magnéticos y corrientes eléctricas en un conductor. Existen diferentes tipos de motores, pero todos se apoyan en principios electromagnéticos básicos.

Principios clave en el funcionamiento de un motor eléctrico:

1. Ley de Faraday de la inducción electromagnética:
   • Cuando una corriente eléctrica pasa a través de un conductor en un campo magnético, se genera una fuerza sobre el conductor. Esta es la base del movimiento en un motor.
   • La fuerza sobre el conductor depende de la intensidad de la corriente, la magnitud del campo magnético y la longitud del conductor en el campo.
2. Ley de Lorentz:
   • La fuerza sobre una partícula cargada que se mueve en un campo magnético se llama fuerza de Lorentz. En el caso de un motor eléctrico, esta fuerza actúa sobre los electrones que se mueven en un cable conductor dentro de un campo magnético, lo que genera movimiento.
   • La dirección de la fuerza se puede determinar mediante la regla de la mano derecha: si el pulgar de la mano derecha apunta en la dirección de la corriente y los dedos en la dirección del campo magnético, la palma de la mano indica la dirección de la fuerza resultante, que provoca el movimiento.

Componentes principales de un motor eléctrico:

1. Rotor:
   • El rotor es la parte móvil del motor y suele consistir en un conjunto de conductores o bobinas que están montados sobre un eje.
   • Cuando las fuerzas electromagnéticas actúan sobre los conductores, el rotor comienza a girar y genera movimiento mecánico.
2. Estator:
   • El estator es la parte fija del motor.
   • Puede contener imanes permanentes o bobinas electromagnéticas que generan un campo magnético.
   • Este campo magnético interactúa con las corrientes en el rotor para generar el movimiento.
3. Conmutador o colector (en motores de corriente continua):
   • El conmutador es un dispositivo que cambia la dirección de la corriente en el rotor en cada medio ciclo, para que la fuerza generada sobre los conductores mantenga el rotor girando en una sola dirección.
4. Escobillas:
   • Las escobillas son componentes en motores de corriente continua que permiten el contacto eléctrico entre el rotor y la fuente de energía, permitiendo que la corriente fluya a través de las bobinas del rotor.

Tipos de motores eléctricos y su funcionamiento:

1. Motor de corriente continua (DC):
   • En un motor de corriente continua (DC), una corriente eléctrica continua pasa por el rotor, creando un campo magnético.
   • Este campo interactúa con el campo magnético del estator, produciendo una fuerza que hace girar el rotor.
   • El conmutador cambia la dirección de la corriente en el rotor para que el motor siga girando en la misma dirección.
   • Aplicaciones: Ventiladores, juguetes eléctricos, automóviles eléctricos.
2. Motor de corriente alterna (AC):
   • Los motores de corriente alterna (AC) funcionan con corriente alterna, que cambia de dirección periódicamente.
   • Los motores síncronos mantienen una relación constante entre la frecuencia de la corriente alterna y la velocidad del rotor.
   • En cambio, en los motores de inducción, la corriente en el rotor se genera por inducción electromagnética a partir del campo magnético del estator.
   • Aplicaciones: Electrodomésticos, equipos industriales, sistemas de aire acondicionado.
3. Motor de inducción (AC):
   • En un motor de inducción, no hay contacto eléctrico directo entre el rotor y la fuente de energía. El campo magnético del estator induce una corriente en el rotor, que crea su propio campo magnético y genera el movimiento.
   • Aplicaciones: Máquinas industriales, bombas, compresores.

Pasos generales de funcionamiento de un motor:

1. Suministro de energía: La electricidad se suministra al estator (en motores de corriente alterna) o al rotor (en motores de corriente continua).
2. Generación de campos magnéticos: La corriente en el estator o rotor genera un campo magnético.
3. Interacción electromagnética: El campo magnético del estator interactúa con el campo magnético del rotor, creando una fuerza sobre el rotor que lo hace girar.
4. Giro del rotor: El rotor gira, generando movimiento mecánico útil que puede ser utilizado para accionar una máquina, ventilador, o cualquier otro dispositivo.
5. Conmutación (en motores DC): El conmutador cambia la dirección de la corriente en las bobinas del rotor para mantener la rotación en una dirección constante.

El principio de funcionamiento de un motor eléctrico se basa en la interacción entre los campos magnéticos y las corrientes eléctricas, que produce una fuerza sobre el rotor, lo que lo hace girar y genera energía mecánica a partir de la energía eléctrica. Los motores de corriente continua y de corriente alterna difieren en cómo se gestionan el flujo de corriente y la generación de campos magnéticos, pero ambos utilizan la inducción electromagnética para generar movimiento.

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Construye un motor simple

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