Entre todas las fuerzas de la naturaleza: nuclear (fuerte y débil), gravitacional y magnética, es esta última la que siempre ha sido motivo de misterio y asombro. Desde hace miles de años el ser humano se ha fascinado, primero con la «piedra imán» (magnetita) y hoy día con el colisionador de hadrones, el campo magnético terrestre y su inminente inversión (mañana o dentro de algunos pocos miles de años), etc.
Jugando con un par de imanes, una pila y un alambrito de cobre, un niño pregunta ¿por qué se mueve el alambre? -y otro ¿qué pasa si doy vuelta la pila?. La explicación los hace sonreir y preguntan de nuevo ¿cómo se hacen los imanes? o ¿por qué funcionan? Las preguntas son casi siempre las mismas …pero el resultado para la ciencia y las posibilidades de éxito en la vida son siempre mejores para el que pregunta.
Difícil que haya un diseño de motor mas simple que este. Consiste en pequeños discos de neodimio (diámetro 3 mm, orientación axial, grado 35, cantidad 5), un alambre de cobre de 20 cm y una pila AA de 1.5 volts. El diagrama de interacción electro-magnética es el siguiente:
diagrama motor homopolar
El funcionamiento se basa en la fuerza que aparece sobre una carga al atravesar un campo magnético. Las líneas de fuerza del campo magnético del imán son verticales, perpendiculares a la mesa. La pila forma, con el cable y el imán, un circuito eléctrico por el que circula una corriente cuando el bucle inferior del cable hace contacto con el imán. Dicha corriente es siempre ortogonal al campo magnético, lo que da lugar a un torque sobre el cable respecto del imán, que es el eje de giro. Da igual que las dos ramas del cable se enrollen en el mismo sentido o en sentidos opuestos, puesto que la corriente llevará siempre dirección radial en el imán. De hecho, ni siquiera hace falta bucle alrededor del imán, basta con que haya contacto cable-imán. Cuanto mejor sea este contacto, mayor será la corriente y podremos llegar a apreciar un notable calentamiento del cable debido al efecto Joule. Las orientaciones del imán o la pila no son relevantes, pues si se invierte la polaridad de alguno de ellos el giro sería en sentido opuesto.
Hasta hace poco tiempo no fue considerado alternativa de los motores convencionales (inducción, sincrónico o de corriente continua) pero hoy, con los avances de la superconductividad, se ha convertido en una de las mejores soluciones para grandes motores de propulsión porque su diseño simple facilita el mantenimiento (no existen contactos móviles) y la circulación de GRANDES corrientes.
Por ejemplo, hay un proyecto de «General Atomics» para un motor de 36.5 Mw, 120 rpm. El desafío principal es la capacidad del superconductor para transportar grandes corrientes con campos magnéticos muy intensos. Homopolar electric motors have many advantages over their AC counterparts including higher efficiency, smaller size for the same power level, simplicity of control, and lower acoustic noise.
Por ser muy recientes, estas tecnologías aún no se ven en la industria y constituyen un desafío para nuestros niños y jóvenes. Los gobiernos de los países industrializados conocen muy bien los beneficios de invertir en investigación en estas áreas, por las ventajas estratégica y competitiva para sus respectivos países.
Como buen ingeniero chileno y del siglo pasado, me consta lo ineficaz que resultan las quejas contra el «empedrado» y, enfrentado al siglo 21, prefiero invitarlos (abuelos, padres, profesores, colegas, artesanos, etc.) a romper «ideas» -o si prefieren romper «lanzas» como el Quijote.
El neodimio es un elemento químico de la tabla periódica cuyo símbolo es Nd y su número atómico es 60. A la temperatura ambiente, se encuentra en estado sólido. Es parte del grupo de tierras raras. Fue descubierto en 1885 por el químico austríaco Carl Auer von Welsbach.
El neodimio se utiliza en los imanes permanentes del tipo de Nd2Fe14B, de gran intensidad de campo. Estos imanes son baratos y potentes y son comunes en productos como auriculares, altavoces, discos duros, sensores, etc. La unidad de campo magnético es el Gauss: el campo magnético de la Tierra es de 0,5 gauss, un pequeño imán 100 gauss, uno de neodimio tiene cerca de 2.000 gauss.
La gran fuerza magnética de un pequeño imán de neodimio permite la construcción de objetos de arte, educativos, etc.
Esculturas de madera, tamaño sobremesa.
Uso didáctico y recreativo.
Esta es una muestra de los kits utilizados durante el diseño:
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Y estas son las versiones finales de las esculturas artemag:
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Agradecemos de antemano tus ideas sobre el diseño o usos prácticos de estos objetos, por ejemplo regalos para el escritorio y/o kits didácticos -en este momento buscamos «socios» personas o empresas, dispuestos a colaborar con ideas, trabajo, financiamiento directo, etc.
Cita textual [es.wikipedia.org/wiki/Campo_magnético]:
«Antes de 1820, el único magnetismo conocido era el del hierro. Esto cambió con un profesor de ciencias poco conocido de la Universidad de Copenhague, Dinamarca, Hans Christian Oersted. En 1820 Oersted preparó en su casa una demostración científica a sus amigos y estudiantes. Planeó demostrar el calentamiento de un hilo por una corriente eléctrica y también llevar a cabo demostraciones sobre el magnetismo, para lo cual dispuso de una aguja de brújula montada sobre una peana o pedestal de madera.»
«Mientras llevaba a cabo su demostración eléctrica, Oersted notó para su sorpresa que cada vez que se conectaba la corriente eléctrica, se movía la aguja de la brújula. Se calló y finalizó las demostraciones, pero en los meses siguientes trabajó duro intentando explicarse el nuevo fenómeno. ¡Pero no pudo! La aguja no era ni atraída ni repelida por ella. En vez de eso tendía a quedarse en ángulo recto. Hoy sabemos que esto es una prueba fehaciente de la relación intrínseca entre el campo magnético y el campo eléctrico plasmada en las ecuaciones de Maxwell.»
Con esta anécdota queremos iniciar un conversación grupal sobre ciencia, arte y fuerza magnética. Si todavía sigues leyendo agradecemos tu curiosidad y te invitamos a participar con una breve presentación «quién soy yo» de tus intereses e ideas.
Aunque rompamos un imán por la mitad éste «reproduce» sus dos polos. Si ahora volvemos a partir otra vez en dos, nuevamente tendremos cada trozo con dos polos norte y sur diferenciados …y si fuera cierto también para las ideas?
