El fundamento teórico es el siguiente:
- Para el motor: La fuerza resultante a la que se ve sometida una espira (o en este caso, una bobina) por la que circula una corriente eléctrica al encontrarse en el interior de un campo magnético generado por un imán es nula, no siéndolo el momento resultante y provocando esto el movimiento de rotación observado.Se transforma así la energía eléctrica en mecánica con ayuda de un campo magnético. Como hay un campo magnético uniforme que la atraviesa, se aplicará una fuerza, ya que los campos magnéticos actúan sobre cargas en movimiento. Para deducir la fórmula del momento de fuerzas sobre la espira:
dF = I B dl sen φ = I B R sen φ dφ
el momento de estas fuerzas será:
dM =dF R sen φ = I B R2 sen2φ dφ
M = ∫ I B R2 sen2φ dφ
M = I S x B
Si en lugar de una sola espira tenemos N:
M = N I S x B
Siendo S el vector superficie.
Esto coincide con la multiplicación del momento dipolar magnético (que en unas espiras es la multiplicación de la intensidad, por el vector superficie y por el número de espiras cuya dirección es el mismo que el vector superficie y el sentido es de la cara sur a la cara norte) por el vector campo magnético, multiplicados estos vectorialmente.
Si en el momento inicial hacemos coincidir el vector superficie con el vector del campo magnético, las espiras no girarán, ya que sería una posición el la que el seno que formarían ambos vectores sería 0 y no habría momento. En este caso tendríamos que darle un empujón inicial, sacándolo de esta posición de equilibrio y así comenzaría a girar, cuando llegara de nuevo a las posiciones de equilibrio (cada media vuelta) seguiría girando por la inercia que llevaría. Al formar un ángulo mínimo el par de las fuerzas formadas originaría el momento y produciría el giro. Hasta que el vector superficie fuera perpendicular al campo magnético, entonces el momento sería máximo (¼ de vuelta) y al pasar de ahí iría disminuyendo hasta llegar a la posición donde el momento sería cero (½ vuelta), volviendo a aumentar hasta que en ¾ de vuelta volvería a ser máximo y llegaría de nuevo a la posición de equilibrio donde el momento sería cero, siguiendo rotando por la inercia.- Para el electroimán: Un solenoide es cualquier dispositivo físico capaz de crear un campo magnético sumamente uniforme e intenso en su interior, y muy débil en el exterior. Un ejemplo teórico es el de una bobina de hilo conductor aislado y enrollado helicoidalmente, de longitud infinita. En ese caso ideal el campo magnético sería uniforme en su interior y, como consecuencia, fuera sería nulo.
En la práctica, una aproximación real a un solenoide es un alambre aislado, de longitud finita, enrollado en forma de hélice (bobina) o un número de espirales con un paso acorde a las necesidades, por el que circula una corriente eléctrica. Cuando esto sucede, se genera un campo magnético dentro de la bobina tanto más uniforme cuanto más larga sea la bobina.
La bobina con un núcleo apropiado, se convierte en un electroimán. Se utiliza en gran medida para generar un campo magnético uniforme
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