Puertas giratorias
¿Has estado alguna vez en una puerta giratoria? Estas puertas son formas especiales de ingresar a edificios elegantes que se componen de un eje vertical central al que se unen de dos a seis puertas.
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Las personas que entran a un edificio entran en el círculo y empujan la puerta de un lado mientras que las personas que salen del edificio entran al círculo y empujan la puerta opuesta del otro lado. Sus esfuerzos están trabajando en conjunto para hacer girar la puerta giratoria a pesar de que empujan en direcciones opuestas. Este es un análogo de lo que sucede cuando una bobina de cable portador de corriente está en un campo magnético. Usaremos la regla de la mano izquierda de Fleming para determinar en qué dirección girará una bobina de cable conductor de corriente cuando se coloque en un campo magnético. A esto se le llama efecto motor. Pero primero tenemos que repasar algunos conceptos básicos sobre los campos magnéticos.
Campos magnéticos
Los campos magnéticos pueden ser creados por un imán permanente o por un cable conductor de corriente.
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Líneas de campo de imán permanente
Las líneas del campo magnético invisible comienzan en el extremo norte de los imanes y se mueven hacia los extremos del sur.
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Líneas de campo magnético inducido
La corriente sale del terminal positivo de una batería y se mueve a través del cable hacia el terminal negativo de la batería. Los campos magnéticos envuelven el cable en bucles. Para determinar en qué dirección apuntan los bucles, o la dirección de la fuerza, usamos la regla de la mano derecha . Doble la mano derecha como si estuviera sosteniendo el cable con el pulgar apuntando en la dirección de la corriente. Si tuvieras flechas dibujadas en el dorso de tu mano apuntando desde tu puño hacia la punta de tu dedo índice, esas flechas apuntarían en la dirección del campo magnético alrededor del cable.
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Campos magnéticos interactivos
Cuando un cable portador de corriente está en presencia de un campo magnético, los campos magnéticos interactúan y generan un nuevo campo magnético. Hagamos un experimento simple que muestre lo que sucede cuando estos campos magnéticos interactúan. Colgaremos una varilla conductora de una barra para que cuelgue entre los polos opuestos de un imán permanente. La varilla conductora está conectada a una batería. El diagrama 1 muestra esta configuración.
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La corriente fluye desde el terminal positivo de la batería a través de la varilla conductora hasta el terminal negativo de la batería. Esto significa que el campo magnético gira alrededor del punto del cable en la misma dirección que las líneas de campo del imán permanente en la parte posterior de la varilla conductora y en la dirección opuesta frente a la varilla conductora. Esto se muestra en el Diagrama 2.
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Dado que los campos magnéticos son vectores, las líneas de campo detrás de la varilla conductora se agregan porque están en la misma dirección, por lo que el campo neto es más fuerte allí. Frente a la barra conductora, las líneas de campo se restan porque están en direcciones opuestas. Esto hace que el campo de la red sea más débil frente a la barra, como se muestra en el Diagrama 3.
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Este escenario genera una fuerza en la varilla conductora, y la dirección de la fuerza se puede determinar usando la regla de la mano izquierda de Fleming . Haga una L con el dedo índice y el pulgar izquierdos. Ahora saque el dedo medio de manera que quede perpendicular a los dedos índice y medio.
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- El dedo índice apunta en la dirección del campo magnético.
- El dedo medio apunta en la dirección de la corriente.
- El pulgar apunta en la dirección del empuje magnético de la fuerza.
Utilizando la regla de la mano izquierda de Fleming para nuestro escenario, el dedo índice apunta hacia arriba en la dirección del campo magnético, el dedo medio apunta hacia la pantalla en la dirección de la corriente y el pulgar apunta hacia la derecha en la dirección del campo magnético. empuje o fuerza. Esto da como resultado que la varilla conductora se aleje del imán como se muestra en el Diagrama 4.
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Si el cable portador de corriente es paralelo a las líneas de campo del imán permanente, no hay empuje magnético.
El efecto motor
Los campos magnéticos interactivos que aprendimos en la sección anterior se pueden usar para rotar una bobina de alambre, que es como funcionan los motores eléctricos, de ahí el nombre efecto motor . El diagrama 5 está mirando hacia abajo en una bobina con una corriente (flechas rojas) entre los imanes verticales.
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Usando la regla de la mano izquierda de Fleming, podemos ver que hay una fuerza hacia abajo en el lado izquierdo de la bobina y una fuerza hacia arriba en el lado derecho de la bobina. Estas fuerzas trabajan en conjunto para hacer girar la bobina, al igual que en la analogía de la puerta giratoria de la que hablamos anteriormente. Las secciones de la bobina paralelas al campo del imán permanente no experimentan una fuerza.
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Los motores eléctricos como este se encuentran en muchas cosas diferentes, como ventiladores, bombas y automóviles eléctricos.
Resumen de la lección
Los imanes permanentes generan campos magnéticos que apuntan lejos de su extremo norte y hacia el extremo sur. La carga eléctrica en movimiento también genera un campo magnético que forma bucles alrededor del cable. La dirección del campo magnético en relación con el cable está determinada por la regla de la mano derecha . Una X significa que el campo magnético apunta hacia la pantalla y un punto significa que el campo magnético apunta hacia fuera de la pantalla.
Cuando un cable portador de corriente está en el campo magnético de un imán permanente, experimentará un empuje o fuerza de los dos campos que se fusionan. Esto sucede siempre que la corriente no sea paralela al campo magnético. La dirección de la fuerza sobre el cable está determinada por la regla de la mano izquierda de Fleming .
El efecto motor es cuando una bobina de cable portador de corriente gira debido a su presencia en un campo magnético. Los lados opuestos de las porciones del cable que no son paralelos al campo magnético experimentan un empuje o fuerza magnética en direcciones opuestas. Esta es la base de un motor eléctrico que se utiliza para ventiladores, bombas e incluso coches eléctricos.
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