DC Motor
24 Mar, 2013
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PRESENTATION: A copper coil can turn with low friction around a diametral axis on the magnetic field created by a ceramic magnet. When a current circulates through the coil a mechanical pair is created and its moment provokes a rotation. The direction of the rotation depends on the direction of the current and of the orientation of the magnet.
- The St. Louis Motor, Thomas B. Greenslade, Phys. Teach. 49, 424 (2011)
- Levitated Homopolar Motor, H. K. Wong, Phys. Teach. 47, 124 (2009)
INTRODUCTION: Magnetism is a physical phenomenon by which the materials exert attraction and rejection forces on other materials. There are some materials known for showing ferromagnetic properties, popularly known as magnets. Examples: iron, nickel, cobalt, and their alloys. On this basis, we can talk of the electromagnetic engine, which consists of a device that converts the reaction force caused by magnetism in mechanic and movement force.
OBJECTIVE: To check how we can build an engine with a magnet and current.
MATERIALS: magnet, thin copper wire, 1.5 V battery, safety pins, elastic rubber, pliers.
SETUP: We wind the elastic rubber around the battery. We hang the pin (stretched and deformed), one at each extreme of the battery, that is, one at the negative pole and the other at the positive. With the copper thread we build a coil. Its ends will be later on sanded with the intention of contacting the safety pins. We place this reel in the middle of the safety pins in such a way that the extremes go through the hole created in them.
EXPLANATION: An electrical current produces a magnetic field. This magnetic field can be attracted or repulsed by a magnet. This attraction or repulsion can cause movement in a wire that conducts an electrical current. This is what happens when the current flows through a copper coil, disappearing as soon as this current stops. The face of the reel becomes the North Pole and the other the South Pole. A pole of the magnet placed on the battery attracts the opposite pole of the coil and repels the other, making the coil turn.
CONCEPTS: induction, electromagnetism, magnetic field, Lorentz force, electric engine, electromagnet.
MORE INFORMATION:
- WIKIPEDIA
- SLIDESHARE
- YOUTUBE 1
- YOUTUBE 2
- YOUTUBE 3
- YOUTUBE 4
- EXPLORATORIUM
- PHYSLET 1 (Observing a Charge in a Magnetic Field)
- PHYSLET 2 (A DC motor)
- PhET
TEXTS:
- R. Serway, Física, Mac Graw Hill, 2010.
- P. Tipler, Física para la Ciencia y la tecnología, Reverté, 2012.
- R. Ehrlich, Turning the World Inside Out and 174 Other Simple Physics Demonstrations, Princeton University Press, 1997.
STUDENTS 2011-2012: Adrián Devesa, Silvia Diz, Sonia Fariña, Adrián Pérez
LINK pdf STUDENTS (in Spanish):
8 responses to "DC Motor"
Cuando en YouTube lo presentan como el motor más sencillo no mienten. La verdad es que cuando se piensa en la palabra motor se piensa en algo muy complicado, con muchos componentes y que es difícil de entender como funciona pero este es más fácil imposible.
Creo que todos lo pueden hacer y manipulando se quedan los conceptos bien, no solo con leer la teoría, hay que llevarla a la práctica. Como he visto en los vídeos sirven múltiples fuentes de energía así que casi lo pueden hacer con lo que encuentren por casa.
Este vídeo también me gustó porque no hay que meter la bobina en unos ojales, si no en un gancho que es aún más fácil de montar. Aunque yo le añadiría algún sistema de fijación de los cables a la pila, ya que sostenerlo con la mano es más engorroso.
Importante añadir que hay que quitar el esmalte que cubre los extremos del cable de la bobina.
Experimento que brilla por su sencillez y multidisciplinariedad, puesto que no solo es válido para la demostración en las clases de física, si no que además puede ser reforzado en las materias de tecnología. El poder aplicar los alumnos por si mismos conocimientos de unas asignaturas a la práctica es uno de los objetivos más importantes que persigue la educación. Y una vez más vemos como con un par de materiales comunes y corrientes, los alumnos aprenden conceptos de electromagnetismo a través de la manipulación.
Para hacer motores de CC en el taller de tecnología hay varios modelos, pero todos tienen la dificultad de hacer bien las escobillas, con este modelo eso es fácil, se puede hacer en un par de clases y encima funciona casi seguro. Estupendo
Una idea sencilla y genial para explicar las relaciones entra la corriente eléctrica y el magnetismo. Del mismo modo se puede también explicar que por medio del campo magnético también se puede generar corriente eléctrica, como hacen en este vídeo. Y también se les puede explicar que de este modo funcionaría la dinamo que enciende la luz de una bicicleta, por ejemplo.
Existen otro experimentos muy visuales e impactantes del efecto electromagnético que se pueden hacer con elementos económicos. Por ejemplo, con un alambre de cobre, una pila AA y dos imanes, podemos hacer un tren de movimiento automático (levitación magnética) como el del siguiente vídeo.
Aunque se piense de otra manera, el primer coche eléctrico data del año 1834, mientras que el motor de combustión interna, no llegó hasta 1861. Su auge al principio era mayor que el de los de combustión ya que poseían mejores prestaciones como el bajo ruido, su facilidad de conducción y su limpieza. De hecho, la esposa de Herny Ford, Clara Ford, conducía un eléctrico de 1914, el Detroit Electric Model 47 Brougham. La autonomía del vehículo era de casi 130 kilómetros y pasaba de los 30 kilómetros por hora. A diferencia de los coches a conducción que había que darle a la manivela para ponerlos en marcha y no existía el miedo a una eventual explosión. Estos primeros vehículos utilizaban motores eléctricos de corriente continua como el que muestra el experimento.
Un experimento tremendamente sencillo utilizando materiales asequibles y de fácil montaje para evidenciar conceptos abstractos que en muchas ocasiones son difíciles de visualizar, en este caso, la relación e interacción entre campos eléctricos y magnéticos. Se muestra que una corriente eléctrica en movimiento genera un campo eléctrico y, además, se muestra también el principio de funcionamiento de un motor eléctrico basado en el electromagnetismo. Una buena idea para que estudiantes comprueben de manera rápida con sus propios ojos lo que se cuenta en los libros.
Este experimento del motor de corriente continua destaca cómo la corriente eléctrica y los campos magnéticos se combinan para generar movimiento mecánico. Este principio es la base de motores eléctricos en juguetes, electrodomésticos y vehículos eléctricos, donde la conversión de energía eléctrica en movimiento impulsa la funcionalidad de numerosos dispositivos que utilizamos cotidianamente.