Una pila que roda sola

Si ja vas veure El motor més senzill del món, ara pots gaudir de El vehicle elèctric més simple de l’Univers.

Corrent elèctric (blau), camp magnètic (vermell) i força magnètica i moviment (verd) en la pila que roda sola

El material necessari és, com sol ser habitual, uns imants de neodimi, una pila AA i paper d’alumini (del de cuina). Només cal que els imants de neodimi tinguin un diàmetre un xic superior a la pila i enganxar els imants als dos costats de la pila però amb els pols nord (o sud) enfrontats tal com es pot veure en l’esquema.

El paper d’alumini i els dos imants, conductors elèctrics, fan que el circuit elèctric es tanqui i es generi un corrent (color blau) en sentit horari en el dibuix. El camp magnètic intens (color vermell) actua sobre aquest corrent elèctric realitzant una força magnètica sobre cada imant, seguint la regla de la mà dreta, que fa desplaçar el conjunt en el mateix sentit (color verd) que la força, cap a dins de la pantalla.

Si els dos imants de neodimi són de diferent diàmetre el conjunt es desplaçarà igualment però descrivint un moviment de rotació sobre la taula de forma contínua. Aquesta darrera idea està extreta d’una demostració d’en Lluís Nadal i Balandras, professor de l’institut Lluís de Requesens de Molins de Rei i un dels millors divulgadors científics de Catalunya, gràcies Lluís!

Bé, i ara cap a la cuina a buscar el paper d’alumini…

Tren magnètic

Sorprenent! En aquests temps que es parla tant del Maglev (tren de levitació magnètica) nosaltres podem fer fàcilment un tren magnètic que no levita però que circula curiosament per dintre un solenoide.

Com sempre aprofitem els camps magnètics intensos creats per imants de neodimi i només necessitem una pila AA i fil conductor que ha de ser de material no ferromagnètic (per raons òbvies) però no ha d’estar esmaltat. Així doncs no ens serveix el fil de coure que s’utilitza normalment per fer bobines per motors o electroimants.

La màquina del tren està composta d’una pila amb un o dos imants al davant i també al darrera tenint en compte que els seus pols han d’estar confrontats tal com es veu al dibuix.

El solenoide ha de tenir un diàmetre lleugerament superior al dels imants de neodimi i que alhora ha de ser també una mica més gran que el diàmetre de la pila (per tal de facilitar el contacte dels imants amb les espires del fil conductor).

El corrent elèctric que circula per l’espira crea un camp magnètic que…

El funcionament és relativament senzill d’explicar: es crea un circuit elèctric (pol positiu de la pila – imant de neodimi – solenoide – imant de neodimi – pol negatiu de la pila) de manera que en circular aquest corrent elèctric per la bobina crea un camp magnètic oposat a l’imant del davant i del mateix sentit que l’imant posterior. Aquesta configuració realitza doncs un parell de forces i ambdues empenyen cap endavant el conjunt imant – pila – imant.

Tal com es pot veure en el vídeo el moviment s’atura quan el primer imant perd el contacte i per tant el corrent elèctric deixa de circular. També podem veure en el vídeo que el tren circula en un sentit i aquest depèn de la polaritat dels imants, de la polaritat de la pila i del sentit de rotació de la bobina.

 

Un motor que camina

Amb els imants de neodimi podem fer experiències sorprenents: ara un motor que camina tot sol!

El camp magnètic (B) actua sobre el corrent elèctric (I) generant una força (F) que fa girar la pila

Necessitem, com sempre, un mínim de quatre imants de neodimi, una pila tipus AA i un fil de coure (una mica gruixut i sense esmaltar).

Primer necessitem dos conjunts d’imants, marquem el seu pol nord de manera que els enganxem al pol positiu i negatiu de la pila amb el pol nord cap el centre de la pila en ambdós casos. Donem forma al fil de coure de manera que abraci lleugerament als imants i alhora toqui el terra sense gaire fregament. Ja tenim el motor que camina a punt, només cal situar el fil de coure… i a córrer!

Hem d’anar en compte perquè segons el sentit de la pila i com situem els imants (pol nord cap a dins o cap enfora) el motor girarà en un sentit o en un altre.

Les forces que provoquen el moviment són les forces magnètiques resultants de l’actuació del camp magnètic dels imants sobre el corrent elèctric que circula per fil de coure i per l’interior dels propis imants (en sentit radial) en curtcircuitar-ne la pila. Podem observar el dibuix per veure’n el detall, sempre tenint en compte la regla de la mà dreta.

Si apliquem la regla de la mà dreta a l’altre imant comprovarem que la força magnètica actua en el mateix sentit, el del moviment del conjunt.

Nota: Cal tenir present que el coure s’oxida fàcilment, per tant abans de realitzar l’experiència és millor fregar-lo una mica amb paper de vidre per millorar el contacte elèctric entre el coure i l’imant.

El motor d’en Beakman

Beakman, el científic despistat

Segur que recordeu la imatge de Beakman, un científic despistat que va protagonitzar -juntament amb una rata gegant- una de les primeres sèries televisives de divulgació científica.

Una de les propostes més conegudes i que porta el seu nom és el motor de Beakman, un motor elèctric senzill fet amb materials quotidians.

Cal només una pila plana de 4,5 V, un parell de clips de papers, gomes elàstiques, imants (millor de neodimi que podem extreure desmuntant un disc dur que no funcioni) i fil de coure vernissat (del que s’utilitza per fer bobines o transformadors).

Comenceu fent un conjunt d’unes 10 espires, en acabar els dos extrems han de sortir seguint un diàmetre però en sentits oposats. Amb l’espira situada sobre una superfície plana i amb paper de vidre molt fi elimineu la resina però només per una cara del fil.

Funcionament del motor de Beakman

Doneu forma als clips de manera que facin contacte (aguantats amb la goma elàstica) amb els pols de la pila i que alhora serveixin de suport a la bobina. Situeu també l’imant sobre la pila en la part central entre els dos pols.

Està tot llest perquè dipositeu la bobina sobre els suports i, donant una empenta inicial, podreu comprovar el funcionament del motor.

El funcionament és molt senzill: el camp magnètic (B) fa un parell de forces (F) sobre l’espira, degut al corrent (I) que hi circula, que li produeix una rotació. Però aquest efecte només té lloc durant mig període perquè només hem eliminat la resina aïllant d’una cara del fil que manté contacte amb els clips. Mentre no circula corrent elèctric la bobina continua girant per inèrcia fins que torna a fer contacte elèctric i per tant torna a actuar la força (F). Observeu les imatges.

Us desitjo que gaudiu amb la satisfacció d’aconseguir fer girar aquest curiòs i senzill motor!

Un motor de tot cor

De nou un motor senzill: només necessitem una pila AA, uns imants de neodimi i un fil de coure.

Esquema del camp magnètic (B), el corrent elèctric (I) i la força (F) que fa rotar el cor

Donem al fil de coure la forma de cor i l’acabem per la part inferior de manera que abraci lleugerament els imants de neodimi però sense que faci gaire força (per minimitzar la fricció). Amb un clau i un martell, cal fer una petita depressió al pol positiu de la pila per tal que, en rodar, el cor no surti del punt de rotació.

Només cal situar el cor de fil de coure al seu lloc procurant que per la part inferior faci contacte amb els imants i…

En la imatge lateral podem observar el camp magnètic (B, color blau), el corrent elèctric (I, color vermell) i la força magnètica (F, color vermell, segons la llei de Lorenz) que produeix la rotació del fil de coure. Cal tenir present que la força a cada costat es produirà en sentit contrari per tant hi haurà un parell de forces que seran les responsables de la rotació.

Nota: l’esquema és una simplificació de la realitat, en cada punt del fil de coure el camp magnètic tindrà direccions i magnituds diferents però l’efecte general continuarà essent el de la figura. També està clar que la direcció de rotació dependrà del sentit (amunt o avall) del camp magnètic originat pels imants.