Cómo funciona un motor electromagnético

En este blog se han tratado varias veces el tema de los móviles perpetuos, normalmente en la forma de un motor/generador que, de manera poco clara termina produciendo más energía de la que recibe. Una de las cosas en que parecen coincidir los defensores de la posibilidad de generar energía de la nada es en el desconocimiento de cómo funciona un motor (y un generador) eléctrico. Quien sea de mi generación probablemente recordará haber visto, y puede que hasta se lo regalaran por Reyes o por su cumpleaños, un juego llamado Electronova, con el que podías construir diferentes dispositivos eléctricos. Entre ellos, un motor. Estoy seguro de que ninguno de los defensores de la energía libre lo recibió.

Así que empecemos por el principio. En este vídeo podemos ver una animación de cómo funciona un motor magnético:

Como base para construir un motor magnético necesitamos un imán permanente (o varios, dependiendo de la complejidad) y un electroimán. ¿Qué es un electroimán? Bien. Pues resulta que cuando una carga eléctrica está quieta existe a su alrededor un campo eléctrico que atraerá a otras cargas de signo contrario y repelerá a las que tengan el mismo signo. Pero si se mueve, además del campo eléctrico aparece otro tipo de fuerza generada por un segundo campo: el campo magnético. Como curiosidad, al contrario que otras fuerzas como la eléctrica y la gravitatoria, cuya dirección se encuentra en la línea imaginaria que une a los cuerpos que interactúan, la fuerza magnética se ejerce en dirección perpendicular al campo y a la velocidad de la partícula. Es decir, una partícula que genere un campo magnético no atrae ni repele a otras partículas, aunque sí desvía su dirección.

Una corriente eléctrica no es más que un montón de electrones moviéndose por un conductor, por lo que alrededor de cualquier cable por el que circule una corriente eléctrica se genera un campo magnético. Si ahora le damos al cable forma circular, cada trozo de cable contribuirá a generar un campo magnético en el interior. Si en lugar de una sola vuelta hacemos que el cable dé muchas, tendremos un campo más fuerte, y si en lugar de que el cable dé vueltas en el aire lo enrollamos en un material ferromagnético, será todavía más intenso. Ya tenemos un electroimán. Mientras haya electricidad corriendo por el cable, tendremos un imán. En cuanto la corriente desaparezca, se acabó el imán.

Pues bien, en un motor magnético, nuestro electroimán se encuentra colocado entre el polo norte de un imán y el polo sur de otro (o del mismo). Cuando conectamos la corriente, el electroimán pasará a tener sus propios polos norte y sur que serán atraídos por los polos sur y norte, respectivamente del imán permanente. Si hemos colocado el electroimán de manera que pueda girar libremente, girará hasta que se alinee con el imán permanente. Una vez que se haya alineado, se parará y aquí se acabó el movimiento. ¿Entonces, cómo es que un motor se sigue moviendo?

Pues se sigue moviendo porque el electroimán está conectado a la corriente eléctrica por unos bornes móviles que, al girar, hacen que la corriente cambie de dirección en el cable. Al girar la corriente eléctrica en dirección contraria, los polos del electroimán se invierten y el polo norte que se encontraba alineado con el sur del imán permanente se convierte en polo sur y ahora, en lugar de ser atraído, es repelido, igual que el otro polo. De esta manera, el electroimán dará otra vuelta. Cuando la complete, la corriente volverá a cambiar de dirección, y ya tenemos un motor.

¿Y la energía? ¿Dónde se consume la energía? Pues se consume de tres maneras. La primera, para vencer la resistencia eléctrica del conductor. Todos los materiales (excepto algunos en condiciones muy particulares) presentan una cierta resistencia al paso de una corriente eléctrica. Por ello debemos ejercer una fuerza (suministrar energía) para mantenerla. El segundo sumidero de energía se produce cuando cambiamos el sentido de la corriente eléctrica. Cuando en un circuito se varía la intensidad de una corriente (por ejemplo al conectar o desconectar la corriente) se genera una fuerza que se opone a ese cambio.  Y hace falta energía para contrarrestar esa fuerza.  La tercera causa de consumo de energía se produce porque, cuando un conductor se mueve a través de un campo magnético, se induce una corriente eléctrica, que en nuestro caso es indeseable (aunque será fundamental en un generador) y tenemos que contrarrestarla.

Este es el esquema de un motor, es decir, un dispositivo que produce movimiento a partir de una corriente eléctrica.  Pero, ¿cómo se genera electricidad?  Pues básicamente haciendo funcionar un motor al revés.  Me explico.  Si ahora quitamos la fuente de corriente eléctrica y hacemos girar mecánicamente el eje del motor, se inducirá una corriente eléctrica en la bobina.  Y esa corriente es el objetivo del generador.  Pero producirla no sale gratis, jamás.  Si nos imaginamos una situación ideal en la que no hubiera rozamiento y eliminamos el imán, el eje del motor giraría de forma permanente debido a la conservación de momento angular.  Pero de ahí no sale ninguna corriente.  Necesitamos el imán para producirla.  En el momento en que colocamos el imán en su sitio, se induce una corriente eléctrica en el conductor, que a su vez, genera un campo magnético (y ya tenemos otra vez el electroimán de nuestro motor). Y a pesar de los deseos de los «energialibristas», sólo tendremos electricidad si le proporcionamos al generador suficiente energía para compensar los tres sumideros de energía que ya hemos mencionado.