Fuerza sobre un conductor con corriente en un campo magnético
Una carga en movimiento dentro de un campo magnético siente una fuerza. Una corriente son muchas cargas en movimiento, así que un cable con corriente dentro de un campo magnético recibe un empujón. Este empujón es la fuerza magnética sobre un conductor.
¿De qué depende el tamaño de la fuerza?
- Corriente (I): más corriente, más fuerza.
- Intensidad del campo (B): un imán más fuerte da más fuerza.
- Longitud de cable dentro del campo (L): más cable, más fuerza.
- Ángulo θ entre el cable y el campo: la fuerza es máxima a 90° (perpendicular) y se hace cero cuando el cable es paralelo al campo (0° o 180°).
En resumen, F ∝ I · B · L · sin θ. (En este nivel basta con entender las ideas; la fórmula F = BIL sin θ se usa en cursos superiores.)
¿Hacia dónde va el empujón? Regla de la mano izquierda de Fleming
Estira el pulgar, el índice y el dedo corazón de tu mano izquierda de modo que formen ángulos rectos entre sí. Apunta el índice en la dirección del campo (de N a S) y el corazón en la dirección de la corriente. El pulgar muestra entonces la dirección de la fuerza (movimiento) sobre el conductor. Si inviertes la corriente o el campo, la fuerza se invierte; si inviertes los dos, se queda igual.
Motor eléctrico (solo evaluación formativa en 2026-27)
Nota: en el currículo CBSE 2026-27, el motor, la inducción electromagnética y el generador se evalúan solo de forma formativa (pruebas de clase, actividades), no en el examen final. Apréndelos igualmente: explican todos los ventiladores y todas las centrales eléctricas.
Un motor eléctrico transforma energía eléctrica en energía mecánica. Sus partes:
- Bobina del inducido: una bobina rectangular de hilo de cobre aislado, a menudo enrollada sobre un núcleo de hierro dulce, colocada entre los polos de un imán.
- Conmutador de anillo partido: un anillo cortado en dos mitades unidas a los extremos de la bobina. Gira junto con la bobina.
- Escobillas: dos tiras de carbón o metal que presionan el anillo partido y llevan la corriente de la batería.
Cómo funciona
La corriente va en un sentido por uno de los lados largos de la bobina y en sentido contrario por el otro, así que, según la regla de la mano izquierda, un lado sube y el otro baja. La bobina gira. Tras media vuelta, las mitades del anillo partido cambian de escobilla, la corriente de la bobina se invierte y las fuerzas vuelven a empujar la bobina en el mismo sentido de giro. Así la bobina sigue girando siempre en una dirección. Los motores comerciales usan electroimanes, muchas vueltas de hilo y un núcleo de hierro dulce para ser más potentes.
Inducción electromagnética y generador
Michael Faraday descubrió el efecto contrario: un campo magnético que cambia a través de una bobina produce una corriente en ella. Esto es la inducción electromagnética, y la corriente se llama corriente inducida.
- Mete un imán en una bobina conectada a un galvanómetro: la aguja se desvía.
- Sácalo: la aguja se desvía hacia el otro lado.
- Déjalo quieto: no hay desviación, porque el campo no cambia.
- Muévelo más rápido, usa un imán más fuerte o más vueltas: la desviación es mayor.
Regla de la mano derecha de Fleming
Para un conductor que se mueve en un campo, estira el pulgar, el índice y el corazón de la mano derecha en ángulos rectos. Índice = campo, pulgar = movimiento del conductor, corazón = dirección de la corriente inducida.
Generador eléctrico
Un generador transforma energía mecánica en energía eléctrica. Se hace girar una bobina entre los polos de un imán; cada lado corta el campo y se induce una corriente. Con anillos rozantes la corriente se invierte cada media vuelta y da CA (generador de CA). Con un conmutador de anillo partido la salida siempre va en un solo sentido y da CC (generador de CC).
CA frente a CC
La corriente continua (CC) circula siempre en una sola dirección. Las pilas, las baterías y los paneles solares dan CC.
La corriente alterna (CA) invierte su dirección una y otra vez a intervalos regulares. En India la red doméstica es CA de unos 220 V y 50 Hz: cambia de dirección 100 veces cada segundo (dos veces en cada ciclo).
| CA | CC |
|---|---|
| La dirección se invierte periódicamente | Una sola dirección |
| Viene de generadores de CA en las centrales eléctricas | Viene de pilas, baterías y generadores de CC |
| Se puede enviar a larga distancia con poca pérdida de energía (los transformadores cambian el voltaje) | Es difícil subir o bajar su voltaje con facilidad; se usa en electrónica |
Fórmulas y definiciones clave
- F ∝ I · B · L · sin θ (fuerza sobre un conductor; F = BIL sin θ en cursos superiores)
- θ = 90° → fuerza máxima; θ = 0° o 180° → fuerza cero
- Regla de la mano izquierda de Fleming (motor): índice = campo, corazón = corriente, pulgar = fuerza
- Regla de la mano derecha de Fleming (generador): índice = campo, pulgar = movimiento, corazón = corriente inducida
- Motor: eléctrica → mecánica; Generador: mecánica → eléctrica
- Red eléctrica en India: CA, 220 V, 50 Hz → la dirección se invierte 100 veces por segundo
Ejemplos resueltos
1. Un cable va de este a oeste (corriente hacia el oeste) en un campo magnético que apunta verticalmente hacia abajo. ¿Hacia dónde va la fuerza?
Índice hacia abajo (campo), corazón hacia el oeste (corriente). El pulgar de la mano izquierda apunta entonces hacia el sur. Por tanto, la fuerza va hacia el sur.
2. Un cable con corriente se coloca paralelo a las líneas del campo magnético. ¿Qué fuerza actúa sobre él?
El ángulo entre el cable y el campo es 0°, así que sin θ = 0 y la fuerza es cero. El cable no recibe ningún empujón.
3. En el experimento de la varilla sobre rieles, la varilla se mueve hacia la izquierda. ¿Qué pasa si (a) se invierte la corriente, (b) se invierten la corriente y el campo?
(a) Al invertir una de las dos, la fuerza se invierte, así que la varilla se mueve hacia la derecha. (b) Al invertir las dos hay dos inversiones que se anulan, así que la varilla sigue moviéndose hacia la izquierda.
4. La red de CA en India es de 50 Hz. ¿Cuántas veces cambia de dirección la corriente en un segundo?
Cada ciclo tiene dos inversiones. 50 ciclos × 2 = 100 inversiones por segundo.
5. ¿Por qué un motor necesita un conmutador de anillo partido?
Sin él, tras media vuelta las fuerzas sobre los lados de la bobina la empujarían hacia atrás y solo oscilaría de un lado a otro. El anillo partido invierte la corriente de la bobina cada media vuelta, de modo que el giro siempre actúa en el mismo sentido y la bobina sigue girando.
Errores comunes
- Usar la mano derecha para la fuerza sobre un conductor. Fuerza (efecto motor) = mano IZQUIERDA; corriente inducida (generador) = mano DERECHA.
- Pensar que un imán quieto dentro de una bobina produce corriente. Solo un campo que CAMBIA (movimiento relativo) induce corriente.
- Creer que la fuerza es igual con cualquier ángulo. Es máxima a 90° y cero cuando el cable es paralelo al campo.
- Confundir los anillos: un motor de CC y un generador de CC usan un conmutador de anillo partido; un generador de CA usa anillos rozantes.