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Motor de corriente continua – conmutador, F = BIL, par motor y fuerza contraelectromotriz

FísicaCampos eléctricos y magnéticosEdades 17–18

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Una bobina de N espiras gira entre dos polos magnéticos y se alimenta a través de un conmutador de anillo partido y escobillas. Cambia la corriente, el campo magnético, el número de espiras, el área de la bobina y la carga para ver la fuerza sobre cada lado, el par τ = NBIA·cosθ, la velocidad y por qué el conmutador debe invertir la corriente cada media vuelta. Incluye una vista a lo largo del eje, la regla de la mano izquierda, gráficas del par frente al ángulo y de la velocidad y la corriente frente al tiempo, una fuente de tensión con fuerza contraelectromotriz, una comparación con los anillos colectores de un generador de corriente alterna y una tabla de resultados.

Lección: El motor de corriente continua: fuerza sobre una bobina con corriente, par de fuerzas, conmutador y escobillas, fuerza contraelectromotriz

Qué muestra

Un conductor con corriente dentro de un campo magnético sufre una fuerza F = BIL perpendicular al campo y a la corriente (su sentido lo da la regla de la mano izquierda). En una bobina, las fuerzas sobre los dos lados largos son iguales y opuestas, y forman un par de fuerzas con momento τ = NBIA·cosθ, donde θ es el ángulo entre el plano de la bobina y el campo. El conmutador de anillo partido invierte la corriente cada media vuelta para que el par mantenga su sentido. Con una fuente de tensión, la bobina que gira induce una fuerza contraelectromotriz que reduce la corriente al aumentar la velocidad.

Cómo usarla

Pulsa Iniciar y observa la bobina. Cambia Corriente I, Campo magnético B, Espiras N, Área de la bobina A y Par de carga, espera a que la velocidad sea estable y pulsa Registrar para llenar la tabla. Prueba Invertir corriente e Invertir polos. Cambia Conmutador a Anillos colectores, o Fuente a Tensión (con fcem). Arrastra la bobina en la vista del eje, usa Empujar en el punto muerto y elige la Gráfica.

Parámetros que puedes cambiar

  • Fuente de alimentación Fuente de corriente constante, Fuente de tensión (con fcem)
  • Corriente I 0–3 A
  • Tensión de la fuente V 0–12 V
  • Conmutador Conmutador de anillo partido, Anillos colectores
  • Densidad de flujo magnético B 0,05–0,4 T
  • Número de espiras N 10–100
  • Área de la bobina A 4–25 cm²
  • Par de carga 0–20 mN·m
  • Invertir la corriente
  • Invertir los polos del imán
  • Ángulo inicial θ entre el plano de la bobina y B 0–180 °
  • Cámara lenta No (velocidad real), 10 veces más lento, 50 veces más lento, 200 veces más lento
  • Mostrar fuerzas
  • Mostrar la regla de la mano izquierda
  • Gráfica Par frente al ángulo, Velocidad frente al tiempo, Corriente frente al tiempo

Preguntas para explorar

  1. ¿Por qué el par se anula cuando el plano de la bobina forma 90° con el campo magnético?
  2. ¿Qué le ocurre a la bobina si se cambia el conmutador de anillo partido por anillos colectores, y por qué?
  3. Con una fuente de tensión, ¿por qué la corriente es máxima cuando el motor está bloqueado?

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