Motor Elctrico Este tutorial fue publicado el 13 de Julio del 2008 y tuvo muy buena llegada al pblico, por lo cual con mayor razn se ha convertido en uno de los proyectos ms queridos que he realizado a la fecha.Despus del salto har algunas aclaraciones acerca del fenmeno fsico que lleva a que este motor funcione.Los invito a continuar con la lectura.Hola amigos de Cmo lo hago, el da de hoy les traigo un entretenido experimento.Les ensear a hacer su propio motor elctrico.Cmo Hacer un Motor ElctricoImplementos necesarios:Para este Proyecto necesitaremos lo siguiente: 40 cm. de alambre de cobre esmaltado 2 clips cinta aisladora Un magneto Una pila de 1.5v, tipo AAAA continuacin los invito a ver el video con los pasos a seguir:Como habrn observado en el video, el alambre esmaltado es lijado en sus tres cuartas partes por lo que solo 1/4 queda con esmalte. Esto se puede ver de otra manera. 3/4 partes del alambre sern conductoras, mientras 1/4 (el que posee el esmalte) estar aislada. Esto lleva a que al aplicarle una diferencia de voltaje el contacto de algn metal con las 3/4 partes del alambre sin esmaltar se comportaran como conductor mientras que 1/4 (el esmaltado) no ser conductor. Ahora al haber enrrollado el alambre hemos emulado una bobina, la cual fsicamente posee la cualidad de acumular corriente en forma de un campo magntico. Esto se puede demostrar en profundidad mediante las Leyes de Maxwell.Esto se ve reflejado en lo siguiente: Cuando se aplica una diferencia de potencial entre ambos extremos de la bobina, por ella circula corriente por lo que se acumula mediante un campo magntico en el embobinado del alambre o en la zona donde hemos enrollado el mismo. Este campo magntico posee una polaridad, la cual en un momento es la misma que la polaridad que posee el magneto por lo cual polos iguales se repelen y por ende el embobinado se mueve. Al moverse los extremos del alambre se posicionan en los terminales de la batera por su zona esmaltada la cual funciona como un aislante al paso de corriente. En este caso la bobina se descarga por lo cual va cambiando de polaridad, lo cual se ve reflejado en que en un momento tiene la polaridad opuesta a la del magneto y por ende se atraen, lo cual genera un movimiento. El continuo movimiento que hace que los terminales toquen el alambre en su zona de conduccin (3/4 partes sin esmalte) y zona de aislamiento (1/4 con esmalte) hace que la bobina se carge y descargue, lo cual a su vez genera cambios en su polaridad y todo esto al estar en continua interaccin con el magneto genera que se atraiga y se repela consiguiendo como resultado el movimiento del motor.

Electromagnetismo

Ferrofluido que se agrupa cerca de los polos de un magneto poderoso.El electromagnetismo es una rama de la fsica que estudia y unifica los fenmenos elctricos y magnticos en una sola teora, cuyos fundamentos fueron sentados por Michael Faraday y formulados por primera vez de modo completo por James Clerk Maxwell. La formulacin consiste en cuatro ecuaciones diferenciales vectoriales que relacionan el campo elctrico, el campo magntico y sus respectivas fuentes materiales (corriente elctrica, polarizacin elctrica y polarizacin magntica), conocidas como ecuaciones de Maxwell.El electromagnetismo es una teora de campos; es decir, las explicaciones y predicciones que provee se basan en magnitudes fsicas vectoriales o tensoriales dependientes de la posicin en el espacio y del tiempo. El electromagnetismo describe los fenmenos fsicos macroscpicos en los cuales intervienen cargas elctricas en reposo y en movimiento, usando para ello campos elctricos y magnticos y sus efectos sobre las sustancias slidas, lquidas y gaseosas. Por ser una teora macroscpica, es decir, aplicable slo a un nmero muy grande de partculas y a distancias grandes respecto de las dimensiones de stas, el electromagnetismo no describe los fenmenos atmicos y moleculares, para los que es necesario usar la mecnica cuntica.El electromagnetismo es considerado como una de las cuatro fuerzas fundamentales del universo actualmente conocido.ndice 1 Historia 2 Electrosttica 3 Magnetosttica 4 Electrodinmica clsica 4.1 Formulacin covariante 5 Electrodinmica cuntica 6 Vase tambin 7 Referencias 7.1 Bibliografa 8 Enlaces externosHistoriaArtculo principal: Historia del electromagnetismoDesde la antigua Grecia se conocan los fenmenos magnticos y elctricos pero no es hasta inicios del siglo XVII donde se comienza a realizar experimentos y a llegar a conclusiones cientficas de estos fenmenos.1 Durante estos dos siglos, XVII y XVIII, grandes hombres de ciencia como William Gilbert, Otto von Guericke, Stephen Gray, Benjamin Franklin, Alessandro Volta entre otros estuvieron investigando estos dos fenmenos de manera separada y llegando a conclusiones coherentes con sus experimentos.

Michael Faraday.A principios del siglo XIX Hans Christian rsted encontr evidencia emprica de que los fenmenos magnticos y elctricos estaban relacionados. De ah es que los trabajos de fsicos como Andr-Marie Ampre, William Sturgeon, Joseph Henry, Georg Simon Ohm, Michael Faraday en ese siglo, son unificados por James Clerk Maxwell en 1861 con un conjunto de ecuaciones que describan ambos fenmenos como uno solo, como un fenmeno electromagntico.1

James Clerk Maxwell.Las ahora llamadas ecuaciones de Maxwell demostraban que los campos elctricos y los campos magnticos eran manifestaciones de un solo campo electromagntico. Adems describa la naturaleza ondulatoria de la luz, mostrndola como una onda electromagntica.2 Con una sola teora consistente que describa estos dos fenmenos antes separados, los fsicos pudieron realizar varios experimentos prodigiosos e inventos muy tiles como la bombilla elctrica por Thomas Alva Edison o el generador de corriente alterna por Nikola Tesla.3 El xito predicitivo de la teora de Maxwell y la bsqueda de una interpretacin coherente de sus implicaciones, fue lo que llev a Albert Einstein a formular su teora de la relatividad que se apoyaba en algunos resultados previos de Hendrik Antoon Lorentz y Henri Poincar.En la primera mitad del siglo XX, con el advenimiento de la mecnica cuntica, el electromagnetismo tena que mejorar su formulacin con el objetivo de que fuera coherente con la nueva teora. Esto se logr en la dcada de 1940 cuando se complet una teora cuntica electromagntica o mejor conocida como electrodinmica cuntica.ElectrostticaArtculo principal: Electrosttica

Un electroscopio usado para medir la carga elctrica de un objeto.Cuando hablamos de electrosttica nos referimos a los fenmenos que ocurren debido a una propiedad intrnseca y discreta de la materia, la carga, cuando es estacionaria o no depende del tiempo. La unidad de carga elemental, es decir, la ms pequea observable, es la carga que tiene el electrn.4 Se dice que un cuerpo est cargado elctricamente cuando tiene exceso o falta de electrones en los tomos que lo componen. Por definicin el defecto de electrones se la denomina carga positiva y al exceso carga negativa.5 La relacin entre los dos tipos de carga es de atraccin cuando son diferentes y de repulsin cuando son iguales.La carga elemental es una unidad muy pequea para clculos prcticos, es por eso que en el sistema internacional a la unidad de carga elctrica, el culombio, se le define como la cantidad de carga de 6,25 x 1018 electrones.4 El movimiento de electrones por un conductor se denomina corriente elctrica y la cantidad de carga elctrica que pasa por unidad de tiempo se la define como intensidad de corriente. Se pueden introducir ms conceptos como el de diferencia de potencial o el de resistencia, que nos conducira ineludiblemente al rea de circuitos elctricos, y todo eso se puede ver con ms detalle en el artculo principal.El nombre de la unidad de carga se debe a Coulomb quien en 1785 lleg a una relacin matemtica de la fuerza elctrica entre cargas puntuales, que ahora se la conoce como ley de Coulomb:

Entre dos cargas puntuales y existe una fuerza de atraccin o repulsin que vara de acuerdo al cuadrado de la distancia entre ellas y de direccin radial ; y es una constante conocida como permitividad elctrica.Las cargas elementales al no encontrarse solas se las debe tratar como una distribucin de ellas. Es por eso que debe implementarse el concepto de campo, definido como una regin del espacio donde existe una magnitud escalar o vectorial dependiente o independiente del tiempo. As el campo elctrico est definido como la regin del espacio donde actan las fuerzas elctricas. Su intensidad se define como el lmite al que tiende la fuerza de una distribucin de carga sobre una carga positiva que tiende a cero, as:

Campo elctrico de cargas puntuales.

Y as finalmente llegamos a la expresin matemtica que define el campo elctrico:

Es importante conocer el alcance de este concepto de campo elctrico, ste nos brinda la oportunidad de conocer cul es su intensidad y qu ocurre con una carga en cualquier parte de dicho campo sin importar el desconocimiento de qu lo provoca.6Una forma de obtener qu cantidad de fuerza elctrica pasa por cierto punto o superficie del campo elctrico es que se ide el concepto de flujo elctrico. Este flujo elctrico se define como la suma de la cantidad de campo que atraviesa un rea determinada, as:

El matemtico y fsico, Carl Friedrich Gauss, demostr que la cantidad de flujo elctrico en un campo es igual al cociente de la carga encerrada por la superficie en la que se calcula el flujo, , y la permitividad elctrica,. Esta relacin se conoce como ley de Gauss:(1)Vanse tambin: Carga elctrica, Ley de Coulomb, Campo elctrico, Potencial elctrico y Ley de Gauss.MagnetostticaArtculo principal: Magnetosttica

Lneas de fuerza de una barra magntica.No fue sino hasta el ao de 1820, cuando Hans Christian rsted descubri que el fenmeno magntico estaba ligado al elctrico, que se obtuvo una teora cientfica para el magnetismo.7 La presencia de una corriente elctrica, o sea, de un flujo de carga debido a una diferencia de potencial, genera una fuerza magntica que no vara en el tiempo. Si tenemos una carga q a una velocidad , en un campo magntico aparecer una fuerza magntica inducida por el movimiento en esta carga, as:

Para determinar el valor de ese campo magntico, Jean Baptiste Biot en 1820,8 dedujo una relacin para corrientes estacionarias, ahora conocida como ley de Biot-Savart:

Donde es un coeficiente de proporcionalidad conocido como permeabilidad magntica, es la intensidad de corriente, el es el diferencial de longitud por el que circula la corriente y es la distancia de este elemento de longitud el punto donde se evala la induccin magntica. De manera ms estricta, es la induccin magntica, dicho en otras palabras, es el flujo magntico por unidad de rea. Experimentalmente se lleg a la conclusin que las lneas de fuerza de campos magnticos eran cerradas, eliminando la posibilidad de un monopolo magntico. La relacin matemtica se la conoce como ley de Gauss para el campo magntico:(2)Adems en la magnetosttica existe una ley comparable a la de Gauss en la electrosttica, la ley de Ampre. sta ley nos dice que la circulacin en un campo magntico es igual a la densidad de corriente que exista en una superficie cerrada:

Cabe indicar que esta ley de Gauss es una generalizacin de la ley de Biot-Savart. Adems que las frmulas expresadas aqu son para cargas en el vaco, para ms informacin consltese los artculos principales.Vanse tambin: Ley de Ampre, Corriente elctrica, Campo magntico, Ley de Biot-Savart y Momento magntico dipolar.Electrodinmica clsicaArtculo principal: ElectrodinmicaHasta el momento se han estudiado los campos elctricos y magnticos que no varan con el tiempo. Pero los fsicos a finales del siglo XIX descubrieron que ambos campos estaban ligados y as un campo elctrico en movimiento, una corriente elctrica que vare, genera un campo magntico y un campo magntico de por si implica la presencia de un campo elctrico. Entonces, lo primero que debemos definir es la fuerza que tendra una partcula cargada que se mueva en un campo magntico y as llegamos a la unin de las dos fuerzas anteriores, lo que hoy conocemos como la fuerza de Lorentz:(3)Entre 1890 y 1900 Linard y Wiechert calcularon el campo electromagntico asociado a cargas en movimiento arbitrario, resultado que se conoce hoy como potenciales de Linard-Wiechert.Por otro lado, para generar una corriente elctrica en un circuito cerrado debe existir una diferencia de potencial entre dos puntos del circuito, a sta diferencia de potencial se la conoce como fuerza electromotriz o fem. sta fuerza electromotriz es proporcional a la rapidez con que el flujo magntico vara en el tiempo, esta ley fue encontrada por Michael Faraday y es la interpretacin de la induccin electromagntica, as un campo magntico que vara en el tiempo induce a un campo elctrico, a una fuerza electromotriz. Matemticamente se representada como:(4)En un trabajo del fsico James Clerk Maxwell de 1861 reuni las tres ecuaciones anteriormente citadas (1), (2) y (4) e introdujo el concepto de una corriente de desplazamiento como una densidad de corriente efectiva y lleg a la ltima de las ecuaciones, la ley de Ampre generalizada (5), ahora conocidas como ecuaciones de Maxwell:(5)Las cuatro ecuaciones, tanto en su forma diferencial como en la integral aqu descritas, fueron las revisiones hechas por Oliver Heaviside. Pero el verdadero poder de stas ecuaciones, ms la fuerza de Lorentz (3), se centra en que juntas son capaces de describir cualquier fenmeno electromagntico, adems de las consecuencias fsicas que posteriormente se describirn.9

Esquema de una onda electromagntica.La genialidad del trabajo de Maxwell es que sus ecuaciones describen un campo elctrico que va ligado inequvocamente a un campo magntico perpendicular a ste y a la direccin de su propagacin, ste campo es ahora llamado campo electromagntico.10 Adems la solucin de stas ecuaciones permita la existencia de una onda que se propagaba a la velocidad de la luz, con lo que adems de unificar los fenmenos elctricos y magnticos la teora formulada por Maxwell predeca con absoluta certeza los fenmenos pticos.As la teora predeca a una onda que, contraria a las ideas de la poca, no necesitaba un medio de propagacin; la onda electromagntica se poda propagar en el vaco debido a la generacin mutua de los campos magnticos y elctricos. Esta onda a pesar de tener una velocidad constante, la velocidad de la luz c, puede tener diferente longitud de onda y consecuentemente dicha onda transporta energa. La radiacin electromagntica recibe diferentes nombres al variar su longitud de onda, como rayos gamma, rayos X, espectro visible, etc.; pero en su conjunto recibe el nombre de espectro electromagntico.

Espectro electromagntico.Vanse tambin: Fuerza de Lorentz, Fuerza electromotriz, Ley de Ampre, Ecuaciones de Maxwell y Campo electromagntico (demasiados parmetros en {{VT}}) Wikipedia.Formulacin covarianteArtculo principal: Tensor de campo electromagnticoClsicamente, al fijar un sistema de referencia, se puede descomponer los campos elctricos y magnticos del campo electromagntico. Pero al tener a un observador con movimiento relativo respecto al sistema de referencia, ste medir efectos elctricos y magnticos diferentes de un mismo fenmeno electromagntico. El campo elctrico y la induccin magntica a pesar de ser elementos vectoriales no se comportan como magnitudes fsicas vectoriales, por el contrario la unin de ambos constituye otro ente fsico llamado tensor y en este caso el tensor de campo electromagntico.11As, la expresin para el campo electromagntico es:

Y las expresiones covariantes para las ecuaciones de Maxwell (7) y la fuerza de Lorentz (6) se reducen a:(6)(7) Electrodinmica cuntica

Diagrama de Feynman mostrando la fuerza electromagntica entre dos electrones por medio del intercambio de un fotn virtual.Artculo principal: Electrodinmica cunticaPosteriormente a la revolucin cuntica de inicios del siglo XX, los fsicos se vieron forzados a buscar una teora cuntica de la interaccin electromagntica. El trabajo de Einstein con el efecto fotoelctrico y la posterior formulacin de la mecnica cuntica sugeran que la interaccin electromagntica se produca mediante el intercambio de partculas elementales llamadas fotones. La nueva formulacin cuntica lograda en la dcada de los aos 40 del siglo XX describa la interaccin de este fotn portador de fuerza y las otras partculas portadoras de materia.12La electrodinmica cuntica es principalmente una teora cuntica de campos renormalizada. Su desarrollo fue obra de Sinitiro Tomonaga, Julian Schwinger, Richard Feynman y Freeman Dyson alrededor de los aos 1947 a 1949.13 En la electrodinmica cuntica, la interaccin entre partculas viene descrita por un lagrangiano que posee simetra local, concretamente simetra de gauge. Para la electrodinmica cuntica, el campo de gauge donde las partculas interactan es el campo electromagntico y esas partculas son los fotones.13Matemticamente, el lagrangiano para la interaccin entre fermiones mediante intercambio de fotones viene dado por:

Donde el significado de los trminos son:son las matrices de Dirac.y son los campos o espinores de Dirac que representan las partculas cargadas elctricamente.es la derivada covariante asociada a la simetra gauge.el operador asociado al potencial vector covariante del campo electromagntico yel operador de campo asociado tensor de campo electromagntico.Vanse tambin: Teora cuntica de campos, Ecuacin de Dirac y Modelo estndar.