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

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

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

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!

Una flamera que gira

Com podem fer girar una flamera d’alumini sense tocar-la? Només necessitem uns imants, millor de neodimi.

L’alumini no és un material ferromagnètic de manera que els imants no atrauen la flamera (ho observem al principi del vídeo) però si fem voltar els imants per dins de la flamera, sense arribar a tocar-la, observem que aquesta comença a rodar. Per què passa això?

Aquest fenòmen es deu a l’aparició de corrents elèctrics de Foucault en la flamera (l’alumini no és ferromagnètic però si conductor de l’electricitat), aquests corrents originen alhora un camp magnètic oposat al dels imants de neodimi i això provoca el gir de la flamera. De fet és com si tinguéssim dos imants, el de neodimi i el que es genera a la flamera, que en provocar una repulsió entre ells fan que la flamera es mogui.

Per ser científicament més exactes, els corrents induïts de Foucault apareixen (en la superfície de la flamera) quan varia el flux de camp magnètic (provocat pels imants de neodimi) que travessa un circuit elèctric (la superfície de la flamera és conductora) i el sentit del corrent induït es crea de manera que s’oposa a la variació del flux que el produeix (com un imant oposat a l’altre).

Nota: Cal tenir present que aquest fenòmen només el podem observar si movem els imants de neodimi perquè només en aquest cas provoquem una variació de flux de camp magnètic. Quan més ràpid movem els imants més pronunciat serà el fenòmen perquè la variació de flux és més gran. Si els imants estan estàtics generen un camp magnètic, que pot ser molt intens, però no una variació del seu flux.

Un motor de tot cor

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

unmotordetotcor

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.

El motor més senzill

Amb només una pila (AA), uns imants de neodimi, un cargol i un fil elèctric podem construir un motor sorprenent i, amb tota seguretat, el més senzill del món.elmotormessenzill
En veure el vídeo ens preguntarem el perquè gira, la resposta és senzilla: ens hem de fixar només en l’imant de neodimi de la part inferior. Es pot observar amb detall en la imatge del costat. Aquest imant està situat de tal manera que genera un camp magnètic vertical (vermell i cap amunt en la imatge) i per ell circula un corrent elèctric radial (de fora cap a dins i blau en la imatge) de manera que es genera una força (sobre l’imant i de color blanc en la imatge) segons la regla de la mà dreta que provoca el moviment circular del conjunt. Els sentits del camp magnètic i del corrent elèctric dependran evidentment de como col·loquem els pols de l’imant i de la pila i això, alhora, afectarà al sentit de la rotació.
Nota: l’imant de la part superior únicament el col·loquem per tal que s’aguanti la pila amb el cargol i que el fregament en rotar sigui menyspreable.