Cómo es qué funciona un motor homopolar

Los imanes permanentes de neodimio (Nd_2Fe_14B) son la base para hacer motores homopolares, que son muy atractivos para el público en general. Sin embargo, estos motores apenas si son explicados correctamente por las diferentes fuentes.

H. k. Wong, de la Universidad China de Hong-Kong apela a la tercera ley de Newton para darnos una explicación más completa de los diferentes motores homopolares.

Hay varias configuraciones de motores homopolares, como se pueden ver en la figura. Wong nos explica que la corriente fluye a través del imán, entre los dos puntos de contacto, experimentando una fuerza producida por el campo magnético que lo mueve. Sin embargo, la rotación de un componente no puede ser debida a esta fuerza. De hecho, la fuerza magnética de esta corriente debe estar asociada con la fuerza de reacción ejercida por la corriente en el imán. Siendo este par acción/reacción fuerza internas dentro del imán, no pueden causar un cambio de movimiento en el iman.

La rotación del imán debe ser ocasionada por el circuito externo. El circuito se localiza en el campo magnético del imán. Pero como el campo del disco magnético decae rápidamente con la distancia, necesitamos considerar solamente las partes del circuito externo cercanas a los puntos de contacto con el imán.

En la figura inferior se muestran dos de los muchos modos que se pueden poner en contacto el alambre con el imán del motor homopolar. En estos ejemplos el alambres esta en reposo, mientras el imán rota. Para el caso (a), se considera el punto marcado en rojo cerca del punto de contacto. Mientras que el campo magnético esta en dirección hacia abajo.

Debido a que el campo mágnetico apunta hacia bajo, la corriente I experimenta una fuerza F_I como se muestra en la figura. De acuerdo con la tercera ley de Newton, la corriente ejerce una fuerza de rección sobre el imán, la cual se etiqueta como F_m. Entonces el imán experimenta una torca que produce la rotación en sentido horario (visto desde arriba). El caso de (b) es similar, la corriente en el punto rojo ejerce una fuerza de racción F_m sobre la parte del magneto cerca del punto rojo.

Es muy instructivo pedir a los estudiantes pedirles una explicación de estos motores en base a campos magnético y leyes de Newton. 

Fuente:

Wong, H. (2009). Motional Mechanisms of Homopolar Motors & Rollers The Physics Teacher, 47 (7) DOI: 10.1119/1.3225512





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