Solía amar estos pequeños motores cuando enseñaba los conceptos básicos del electromagnetismo. Supongo que sería posible establecer un modelo matemático completo, pero dado el número de variables involucradas, haría que un juguete divertido (experimental) sea muy aburrido; digo aprender haciendo. Lo bueno de esta pregunta es que no es la tarea de alguien, es un verdadero "deseo de saber".
Algunas teorías y ecuaciones básicas en las que debes reflexionar.
La corriente que fluye en la bobina produce un campo magnético circular alrededor de cada cable (Experimento de Oersted - la regla del sacacorchos). Cuanto más grande es la corriente, mayor es la fuerza magnética que produce. Ahora cada conductor (cable) en la bobina contribuye a la fuerza. Por lo tanto, cuanto mayor sea el número de giros, mayor será la fuerza de giro para una corriente dada.
La dirección de la corriente controlará la dirección del campo (Regla de izquierda de Flemings)
Laconstruccióndelabobinasignificaquelacorriente(I)cambiaefectivamenteladirecciónencadalado(saliendoyregresando)produciendounefectodegirocuandoseasientaenelcampomagnético(B)producidoporlosimanes.ParauncabledelongitudLubicadoenuncampomagnéticoB,laFuerzasepuedecalcularutilizandoF=BIL.ConNvueltas,estosimplementesemultiplicaporN.
Loquelafórmulanosdiceesquesiaumentamoslaintensidaddelcampomagnéticomedianteelusodeimanesmáspotentes,reducimosladistanciadelespaciodeaireoutilizamosunmaterialferroso,obtenemosmásfuerzaporunidaddecorriente:podemosmejorarelmotor.
Lageometríaesimportante:sedebemaximizarlalongituddelconductorenelcampo.Unabobinacirculartienesolodospuntosenángulorectoconelcampo,porloquepuedesintentarhacerbobinasrectangularesconelladolargoparaleloalejederotaciónyversiestotieneunefecto.
Lafuerzaproducidagiraelmotorperonocontrolalavelocidadderotación.Aquíesdondenecesitamosverelmotorcomoungenerador.Unconductor(cable)quesemueveatravésdeuncampomagnéticotendráunvoltajeinducidoatravésdeél.(Losconceptosbásicosdelostransformadores,etc.)Estoseconocecomovoltajeinducidooretrocesoe.m.f.o-E=BLv(LeydeFaraday)dondeLeslalongituddelconductoryvsuvelocidad(unacantidadvectorial).PodemosusarlaRegladelaManoDerechadeFleming(Generador)paraobtenersudirección.Estoesenladirecciónopuestaalacorriente/voltajequeimpulsaelmotor.
Sololadiferenciaenelvoltajeaplicadoyenlaemfposteriorestárealmentemoviendolacorrientequefluyeenelrotor.Esporesoquelacorrienteinicialenunmotorcomienzaaltayluegocaerápidamenteamedidaqueelmotorseacelera(incrementandoelretrocesoe.m.f).Tambiénsignificaquesidetieneodetieneunmotor,laaltacorrientequefluirápuedequemarlo.
Se puede calcular a partir de
Estaresistenciadelabobinadependedelalongitud,eláreadelaseccióntransversal(calibredelcable)ylaresistividaddelmaterial.(Cablemásdelgado,mayorresistencia,menorcorrienteporvoltio)
Suexperimentodegolpeteoprobablementemejorólaresistenciadecontactoconlos'cepillos'dealambredesnudoosuperóalgunasfricciones(stic)debidoaladesalineación,etc.Elmotorestabaenunaparada(altacorriente,bajavelocidad).Cuandolapulsó,lavelocidadaumentó,lafrecuenciaderetrocesoaumentóylacorrienteseredujoytomómenosenergía.Heestadoallí,hechoqueconsiguiólacamiseta.
Esperoqueestalargaexplicacióntebrindeunaideadelmaravillosomundodelosmotoreseléctricos"simples".