Un motor homopolar es un motor eléctrico de corriente continua con dos polos magnéticos , cuyos conductores siempre cortan líneas unidireccionales de flujo magnético al girar un conductor alrededor de un eje fijo de modo que el conductor esté en ángulo recto con un campo magnético estático . Siendo la fuerza resultante continua en una dirección, el motor homopolar no necesita conmutador pero aún requiere anillos colectores . [1] El nombre homopolar indica que la polaridad eléctrica del conductor y los polos del campo magnético no cambian (es decir, que no requiere conmutación).
Historia
El motor homopolar fue el primer motor eléctrico que se construyó. Su funcionamiento fue demostrado por Michael Faraday en 1821 en la Royal Institution de Londres. [3] [4]
En 1821, poco después de que el físico y químico danés Hans Christian Ørsted descubriera el fenómeno del electromagnetismo , Humphry Davy y el científico británico William Hyde Wollaston intentaron, pero fracasaron, diseñar un motor eléctrico . [5] Faraday, habiendo sido desafiado por Humphry como una broma, pasó a construir dos dispositivos para producir lo que llamó "rotación electromagnética". Uno de estos, ahora conocido como el motor homopolar , provocó un movimiento circular continuo que fue engendrado por la fuerza magnética circular alrededor de un cable que se extendía en un charco de mercurio donde se colocó un imán. El cable luego giraría alrededor del imán si se le suministrara corriente desde una batería química. Estos experimentos e invenciones formaron la base de la tecnología electromagnética moderna. En su entusiasmo, Faraday publicó los resultados. Esto tensó su relación de mentor con Davy, debido a los celos de su mentor por el logro de Faraday, y es la razón de la asignación de Faraday a otras actividades, lo que, en consecuencia, impidió su participación en la investigación electromagnética durante varios años. [6] [7]
BG Lamme describió en 1913 una máquina homopolar de 2.000 kW, 260 V, 7.700 A y 1.200 rpm con 16 anillos colectores operando a una velocidad periférica de 67 m / s. Un generador unipolar de 1.125 kW, 7,5 V, 150.000 A, 514 rpm construido en 1934 se instaló en una acería estadounidense para soldar tuberías. [8]
Principio de funcionamiento
El motor homopolar es impulsado por la fuerza de Lorentz . Un conductor con una corriente que fluye a través de él cuando se coloca en un campo magnético que es perpendicular a la corriente siente una fuerza en la dirección perpendicular tanto al campo magnético como a la corriente. Esta fuerza proporciona un par alrededor del eje de rotación. [9] Debido a que el eje de rotación es paralelo al campo magnético y los campos magnéticos opuestos no cambian la polaridad, no se requiere conmutación para que el conductor siga girando. Esta simplicidad se logra más fácilmente con diseños de una sola vuelta, lo que hace que los motores homopolares no sean adecuados para la mayoría de las aplicaciones prácticas.
Como la mayoría de las máquinas electromecánicas, un motor homopolar es reversible: si el conductor se gira mecánicamente, funcionará como un generador homopolar , produciendo un voltaje de corriente continua entre los dos terminales del conductor. La corriente continua producida es un efecto de la naturaleza homopolar del diseño. Los generadores homopolares (HPG) se investigaron extensamente a fines del siglo XX como fuentes de alimentación de CC de bajo voltaje pero muy alta corriente y han logrado cierto éxito al alimentar cañones de riel experimentales .
Construyendo un motor homopolar simple
Un motor homopolar es muy fácil de construir. Se utiliza un imán permanente para proporcionar el campo magnético externo en el que girará el conductor, y una batería hace que fluya una corriente a lo largo de un cable conductor. No es necesario que el imán se mueva, ni siquiera que esté en contacto con el resto del motor; su único propósito es proporcionar un campo magnético que interactuará con el campo magnético inducido por la corriente en el cable. Se puede conectar el imán a la batería y permitir que el cable conductor gire libremente mientras se cierra el circuito eléctrico tocando tanto la parte superior de la batería como el imán adjunto a la parte inferior de la batería. El cable y la batería pueden calentarse si se utilizan continuamente. [10]
Galería
Motor homopolar 3D
Motor homopolar 2D
Corriente, líneas de campo magnético y fuerza de Lorentz en un motor homopolar
Video
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Ejemplos de
Ver también
Referencias
- ^ Lynn, L. (1949). "§197-§204 'Máquinas acíclicas u homopolares' en la Sección 8 - Generadores y motores de corriente continua". En Knowlton, AE (ed.). Manual estándar para ingenieros eléctricos (8ª ed.). McGraw-Hill.
- ^ Faraday, Michael (1844). Investigaciones experimentales en electricidad . 2 . ISBN 0-486-43505-9. Ver la placa 4.
- ^ Michael Faraday, "Nuevo aparato electromagnético", Revista trimestral de ciencia, literatura y artes 12 , 186-187 (1821). Páginas escaneadas
- ^ Michael Faraday, "Descripción de un aparato electromagnético para la exposición de movimiento rotatorio", Revista trimestral de ciencia, literatura y artes 12 , 283-285 (1821). Páginas escaneadas Ilustración original ( placa ) del motor homopolar, al que se hace referencia en la pág. 283 del segundo artículo de Faraday . Índice de la revista trimestral de Faraday, Michael
- ^ "Biografías de archivos: Michael Faraday", La institución de ingeniería y tecnología. Archivado el 29 de septiembre de 2011 en la Wayback Machine.
- ^ Una vida de descubrimiento de Hamilton : Michael Faraday, Gigante de la revolución científica (2004) págs. 165–71, 183, 187–90.
- ^ Michael Faraday, Sandemanian y científico de Cantor(1991) págs. 231-3.
- ^ Lynn, pág. 842
- ^ Véase, por ejemplo, Richard P. Feynman , The Feynman Lectures on Physics , vol. II, sección 17-2, (Reading, MA: Addison-Wesley, 1964). ISBN 0-201-02117-X
- ^ "Increíble truco de batería doble 'A'" , de Youtube , 27 de marzo de 2015