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.
Javier Cantu
26/06/11 21:27
@ HAL9000:
Pues ahi le va…deje de masturbar su cerebro con tanta novela, que de nada le sirve ya paso literatura y pues no debe de esforzar su cerebrito porque no entiende nada eh?
Javier Cantu
26/06/11 21:28
uppps ya me cortaron el grifo de Manuelito ehhhh!
Max Planck
13/07/11 17:07
Javi, si eres tan amable podrias explicarnos esos fenomenos que ha comentado Desenmascarador, de la fisica cuantica, de que UN MISMO atomo pase por 2 sitios A LA VEZ, o que UN MISMO atomo vaya en 2 direcciones contrarias a la vez, y no 2 iguales sino EL MISMO, o que por el mero hecho de ser observado, (osea solo por mirarlo, por estar viendolo) un atomo, varia su comportamiento, su forma, tamaño etc?. Explicanos si eres tan amable y dinos que leyes de la fisica se aplican ahi exactamente etc etc. Un saludo
Tru
13/07/11 19:12
@ Max Planck:
Por si te sirve de algo, creo que deberías empezar con Heisenberg:
http://www.monografias.com/trabajos16/principio-de-incertidumbre/principio-de-incertidumbre.shtml
Es una somera y clara explicación con matices filosóficos. De nada.
Antonio
13/07/11 20:52
@ Max Planck:
Supongo que Javi te responderá puntualmente pero, todos esos fenómenos que citas se deben a que no es posible separar un objeto que se mide del aparato que realiza la medida y, a nivel cuántico, no se puede separar la propiedad que tratas de medir del tipo de observacíón que realizas, esto es, la propiedad depende de la medida.
La teoría subyacente a la mecánica cuántica se ocuppa, fundamentalmente, de realizar una predicción precisa de los resultados experimentales y no dice nada sobre los mecanismos que producen esos resultados (relalidad cuántica) lo que deja abierta la puerta a diferentes interpretaciones (en algunos casos seudocientíficas o diferenciales en el plano de radiofrecuencias) de la realidad subyacente.
La interpretación más aceptada, desde el punto de vista científico, es la interpretación de Copenague, desarrollada por Bohr, Heisemberg y otros a finales de los años 20 del siglo pasado. De acuerdo a esta interpretación, lo que conocemos de una partícula cuando no está siendo observada, es la función de onda que representa la probabilidad de que la partícula se encuentre en un determinado sitio despues de que se realice la observación.
Cuando observamos el objeto, la función de onda colapsa y somos capaces de percibir la localización de la partícula. Sin embargo, bajo la interpretación de Copenague, no se dice nada de lo que hace la partícula cuando no está siendo observada, más aún, esta cuestión es acientífica y entra dentro del campo de la filosofía.
En el nivel cuántico (microscópico) el observador y el objeto observado están enlazados formando un único sistema y esto es lo que provoca el «colapso de la función de onda».
El caso del experimento de la doble rendija (los átomos pasando por dos sitios a la vez) se aprecia un patrón de interferencia que muestra la superposición de distintos estados que conforman el estado cuántico del objeto del experimento. Sin embargo, con un objeto macroscópico no es posible ver estos estados superpuestos. Es decir, si repetimos el experimento de la doble rendija con un objeto macroscópico (por ejemplo, pelotas de tenis) nunca veríamos un patron de interferencia.
Lo que hace que los fenómenos cuánticos sean extraños es la decoherencia cuántica que es el resultado de el efecto de enlazamiento de las incontables partículas que forman los objetos macroscópicos con los objetos cuánticos «observados».
En el caso de los objetos macroscópicos, la decoherencia es un fenómeno muy rápido (del orden de 10^-27 segundos) lo que impide apreciar las líneas de interferencia en el caso de las pelotas de tenis. Mientras que en el caso de los objetos microscópicos es un fenómeno lento (unos 10^7 segundos) lo que hace apreciable el solapamiento de los estados cuánticos.
Supongo que Javi que es físico te podrá dar una explicación mas coherente. Yo sólo soy químico y ya se sabe, calculamos las integrales con una balanza de precisión.
Max Planck
13/07/11 20:55
Gracias por el aporte tru, pero solo explica parcialmente el fenomeno de la alteracion del atomo por la observacion del mismo y alguna cosa mas que yo no mencione, pero no explica todo los demas fenomenos que puse anteriormente. Un tema realmente apasionante.
Max Planck
13/07/11 21:10
Muchas gracias Antonio por molestarte en dar una explicacion a las preguntas que plantee, se ve que estabamos los 2 escribiendo el post a la vez y por eso no te inclui en mi anterior respuesta. Aunque lo de el mismo atomo en 2 sitios a la vez o en 2 direcciones contrarias a la vez, o lo de que la modificacion de un atomo afecte a otro que este en la otra punta de la galaxia, no le veo una explicacion logica, por lo menos para nuestra logica humana, mas alla de lo que has comentado de la superposicion de distintos estados y la descoherencia cuantica, que no se hasta que punto explican estos fenomenos y en que grado de exactitud real.
Javi
13/07/11 21:50
@ Max Planck:
Tanto Antonio como Tru ya te han respondido perfectamente. Aparte de eso ¿Que tiene eso que ver con los motores electromagneticos?
Javi
13/07/11 21:53
Para se quimico no lo haces nada mal, incluso con balanza de precision
Max Planck
13/07/11 22:43
Javi, el tema tiene que ver en el sentido de que queda mucho por descubrir y en la actualidad no hay explicacion logica para muchas cosas y fenomenos, como lo de los 2 atomos en 2 direcciones contrarias a la vez, lo de que una modificacion en un atomo afecte a otro que esta en la otra punta de la galaxia, aparte de la teoria de la superposicion, ya que todavia no han descubierto con certeza una explicacion para estos fenomenos, a los que por cierto me gustaria que intentaras dar una explicacion tu tambien bajo tu punto de vista.
HinJEniERo
13/07/11 23:47
@ Max Planck:
No olvide que en física no hay explicaciones. Más allá de lo que muestran las ecuaciones solo hay interpretaciones.
AsGa
14/07/11 00:28
Max Planck dijo:
Si te refieres a explicar el «porqué» de los fenómenos que dices, la mecánica cuántica no es una teoría muy «filosófica»… pero sus predicciones son extremadamente exactas, creo recordar que he leído que la mecánica cuántica es de las más exactas entre las teorías físicas aceptadas (del orden de doce decimales o más).
Sobre el resto de tus cuestiones, si no te vale con lo que dicen Antonio y Tru, precisa un poco más tus dudas, por favor…
HinJEniERo
14/07/11 00:36
@ AsGa:
Es que ninguna teoría física debe ser «filosófica» en el sentido de buscar las explicaciones últimas de algo. La física se limita a construir modelos (y, quizás, interpretaciones) que se adapten lo mejor a las observaciones.
La filosofía y las explicaciones mejor dejarselas a los teólogos.
HinJEniERo
14/07/11 00:38
Debí haber escrito «…lo mejor posible a las observaciones.»
Tru
14/07/11 03:25
Ya se lo que quieres saber, Max PlanK: todo.
Bien,vamos a resumirlo:
¡BANG!…y…¡¡¡TODO!!!…si miramos desde la Tierra, hacia allá, donde se originó todo, no alcanzamos a verlo, pero todavía sentimos energía creadora golpeando nuestros rostros, en franca escapatoria del punto en el que se ha detenido el tiempo un instante, el que ha alcanzado el cero absoluto…la quietud total…y quien sabe si por babor estamos sintiendo además otra explosión similar de alguna otra parte,en donde un átomo compite con nuestro creador en virtuosismo y en su prodigalidad es incapaz de conservar su energía…
Javi
14/07/11 05:46
¿Y?
Sí que la hay. Se llama Mecánica Cuántica, y en concreto el Principio de Incertidumbre y la Dualidad Onda-Corpúsculo. Que a ti no te guste es otro tema.
Y de nuevo te pregunto ¿Qué tiene todo eso que ver con los motores eléctricos?
AsGa
15/07/11 00:28
@ HinJEniERo:
Esto de escribir deprisa, es lo que tiene: filosófica no es la palabra más adecuada
Me refería a que algunas teorías físicas se acercan mucho a la experiencia cotidiana o son muy fácilmente comprensibles de forma intuitiva, con lo que dejan cierta impresión de «entender» por qué pasan las cosas.
Estoy de acuerdo contigo en que muchas teorías físicas son simplemente «recetas de cocina» para explicar los resultados experimentales (¿sería la mecánica cuántica el mejor ejemplo?).
Javi
15/07/11 00:39
@ AsGa:
La Ciencia nunca responde el «por qué» responde el «cómo». El «por qué» es una pregunta que nunca tiene respuesta en la naturaleza. ¿No os acordáis de pequeños lo realmente molesto que podíais llegar a ser preguntando continuamente «por qué»? Tarde o temprano tienes que admitir que no hay un «por qué».
Nicolás
15/07/11 03:35
Acá tengo que discrepar. La filosofía termina siendo inseparable de la ciencia, por el simple hecho de que interviene tanto en la creación de modelos como en la interpretación de resultados.
En el primer caso, la relatividad especial es un ejemplo perfecto. Por mucho que algunos insistan en acomodar históricamente a la relatividad especial como consecuencia directa del experimento «fallido» del Michelson-Morley, lo cierto (y verificable) es que las razones que llevaron a Einstein a los postulados de la relatividad especial fueron má bien filosóficas: La reticencia a abandonar lo esencial en el principio de relatividad de Galileo, la concepción kantiana del espacio y el tiempo (intuiciones puras a priori) y la influencia de las ideas de Mach respecto del movimiento.
En el segundo caso, la teoría cuántica es un muy buen ejemplo. Dejando de lado las interpretaciones claramente pseudocientíficas de Wigner y Everett, el hecho de que tanto la interpretación de Copenhague -complementada con la teoría de Decoherencia-, claramente positivista, como la interpretación de la «onda piloto» de Bohm, de tendencia determinista, lleven a resultados igualmente válidos es una clara muestra de cuanto influye la filosofía en el quehacer científico.
Como dije más arriba, la filosofía parece ser inseparable de la ciencia, y no veo qué pueda haber de malo en eso. Tal vez, si la gente hubiera visto las ideas de Kant sobre el espacio y el tiempo en relación a la ciencia la relatividad habría surgido antes de 1905. Obviamente, a pesar de estar relacionadas lo cierto es que filosofía no es ciencia, aunque muchos pretendan lo contrario. Pero realmente no estoy de acuerdo con la idea de que la formulación matemática de una teoría científica es lo único que tiene valor, y lo único que podemos hacer es utilizarla como si de una receta se tratara. Esta actitud es bastante común, y si bien no se puede saber cuando es que comenzó es claro que se reforzó en gran medida desde el surgimiento de la mecánica cuántica.
Estoy de acuerdo con Javi en que la ciencia no responde el «por qué», y pienso que nunca lo va a hacer por el hecho de que toda la ciencia está construida sobre hipótesis que nunca fueron probadas. Sin embargo no creo que esta condición sea motivo para no preguntar por el «por qué». Después de todo, esa pregunta es la que lleva a encontrar principios más fundamentales cada vez, y por lo tanto a la explicación de más y más fenómenos.
Enano3255
15/07/11 04:58
Javier Cantu dijo:
Qué miedo.
La verdad me he cagado en dios de pensar que me vas a «cazar» eso suena como a un inquisidor buscando Herejes.
Javi
15/07/11 15:02
@ Nicolás:
No estoy de acuerdo con que Einstein desarrollara la Relatividad «por cuestiones filosoficas». El experimento de Michelson-Morley fue un ladrillo mas en el problema que se llevaba arrastrando durante mucho tiempo de la no invarianza de las ecuaciones de Maxwell con la relatividad de Galileo. Habia mucha gente trabajando en ello, y de hecho, Einstein se enfrento a alguna acusacion de plagio o, como minimo, de no dar el credito adecuado a otros investigadores.
En cuanto a lo de la cuantica, como bien dices, las interpretaciones que se hacen de ella son interpretaciones. La teoria, en si misma, como todas las teorias cientificas, son un modelo que describe la realidad. Luego uno puede interpretar ese modelo de diferentes formas, pero el modelo es el que es. Los resultados son del modelo matematico, no de la interpretacion. La interpretacion es una forma de adaptar un modelo abstracto a algo mas «visual» e intuitivo.
Tampoco estoy de acuerdo con lo que dices de que la ciencia se basa en hipotesis no probadas. Todas las teorias aceptadas han sido probadas. Lo que ocurre es que en ciencia «probada» significa «probada hasta un cierto grado de precision». Es decir, una teoria explica un determinado fenomeno dentro de unos limites (normalmente, lo que sabemos en este momento), lo cual no excluye que en el futuro observemos algo que la contradiga, en cuyo caso dejara de estar probada y habra que cambiarla o sustituirla por otra teoria mejor. Pero todas las teorias cientificas estan «probadas» en ese sentido.
Nicolás
15/07/11 19:13
@ Javi:
Como bien decís el experimento de Michelson-Morley fue una contribución más, pero no estoy de acuerdo en que el problema fuera la no invariancia de las ecuaciones del electromagnetismo. Con esto quiero decir que mirando en retrospectiva podemos pensar, y con razón, que ese era el problema del momento, pero no era así como lo veía la comunidad científica en ese entonces (sacando, tal vez, posibles excepciones). Es cierto que había mucha gente trabajando en el asunto, sin embargo parece ser que eran pocos los que buscaban un punto de vista diferente al que se venía trabajando, que era determinar las propiedades del supuesto medio de propagación de las ondas electromagnéticas.
De ninguna manera la relatividad especial es mérito de Einstein solamente, y de hecho es sabido que él tenía conocimiento del trabajo de Lorentz al respecto, además de estar al tanto de los experimentos de Fizeau sobre las medidas de la velocidad de la luz en el agua (todo esto sin contar que, por ejemplo, Henry Poincare llegó a las mismas conclusiones que él, incluso tal vez con anterioridad). Sin embargo, no es claro que Einstein haya tenido conocimiento, por lo menos en profundiad, del experimento de Michelson y Morley, y es por eso que lo nombraba. Cuando uno lee Sobre la electrodinámica de cuerpos en movimiento, es fácil darse cuenta que lo que movió a Einstein a resolver el problema de la forma en la que lo hizo es su convencimiento de que el principio de relatividad tenía que sostenerse. Como yo lo veo, esta determinación es mayoritariamente resultado de una postura filosófica, de una idea de cómo (o qué) son el tiempo y el espacio, que parece venir de influencias como Kant y Mach (También pienso que entra un poco el contexto histórico. En el libro «Relojes de Einstein, mapas de Poincaré se detalla bastante bien todo esto). Es por esto que tomo este ejemplo para decir que la filosofía tiene influencia en la formulación de teorías.
Respecto del comentario sobre cuántica, estamos de acuerdo en que las ecuaciones son las mismas, y los resultados salen de esas ecuaciones, para luego interpretarse. El punto que quería marcar es que la filosofía tiene una gran participación en la etapa de interpretación, y por eso mencioné el ejemplo de la cuántica, porque ahí se ve claro que posturas filosóficas distintas pueden llevar a distintas interpretaciones. Y como la interpretación es claramente parte del trabajo científico, es claro que ciencia y filosofía están muy relacionadas.
En el último párrafo te doy la razón, y reconozco que no me expliqué para nada bien. Lo que quería decir es que la física parte de la hipótesis realista y además considera que los patrones que se observan en la naturaleza, y que son los que se trata de describir matemáticamente, se mantienen en el tiempo. Es obvio que partir de ese punto da un buen resultado, pero no son hipótesis que estén probadas (a estas me refería). Esto, según lo entiendo yo, es un indicador de que no va a ser posible llegar a un último «por qué», porque estaríamos impedidos a conocer la realidad última.
Probablemente se me pasó algo, pero bueno, básicamente esa es la idea.
AsGa
16/07/11 00:29
Javi dijo:
Perfectamente explicado, y completamente de acuerdo.
Los aspectos «filosóficos», «visuales», históricos o intuitivos creo que tienen su lugar en la fase de gestación del modelo y cuando toca explicarlo a los profanos…
Javi
16/07/11 14:32
@Nicolás, efectivamente, más que la invarianza de las ecuaciones de Maxwell, la gente estaba más preocupada por determinar las propiedades del éter. Dado que no me he leído el artículo de Einstein (otra cosa más en mi lista de «a leer») no sé qué impresión se desprende de él, aunque no estoy muy convencido de que Kant y Mach influyeran tanto. En todo lo demás, estoy más o menos de acuerdo, aunque la relación entre Ciencia y Filosofía daría para escribir muchos libros.
Un saludo.
Irena
24/08/11 02:41
vamos a ver… pero funciona o no funciona!!!! >:-(
