Funcionamiento de los dispositivos electromecánicos
Mapa conceptual
Explorando la conversión de energía eléctrica en mecánica y acústica, este texto aborda el funcionamiento de motores eléctricos de CD, altavoces y la medición con galvanómetros. Además, se detalla el descubrimiento del electrón y su impacto en la física moderna.
Resumen
Esquema
Funcionamiento de los Motores Eléctricos de Corriente Directa (CD)
Los motores eléctricos de corriente directa (CD) son dispositivos electromecánicos que transforman la energía eléctrica en energía mecánica mediante la interacción entre un campo magnético y corrientes eléctricas. En su interior, una bobina de alambre, conocida como armadura o rotor, se sitúa entre los polos de un imán permanente o electroimanes. Al circular corriente por la bobina, se genera una fuerza electromotriz debido a la ley de Lorentz, que actúa sobre los lados de la bobina perpendicularmente al campo magnético, produciendo un movimiento rotatorio. Para mantener una rotación unidireccional, se emplea un conmutador, que es un interruptor rotativo en la armadura que invierte la dirección de la corriente en la bobina en el momento preciso, en colaboración con las escobillas, que son contactos fijos que transmiten la corriente al conmutador. Este mecanismo asegura un torque constante y una rotación suave y continua del motor.Principio de Funcionamiento de los Altavoces
Los altavoces son transductores que convierten señales eléctricas en ondas sonoras, permitiendo la reproducción de sonido. Funcionan gracias a la interacción entre un campo magnético y una corriente eléctrica alterna que fluye a través de una bobina de voz. Esta bobina está adherida a un diafragma o cono, que puede ser de diversos materiales como papel, plástico o metal, diseñado para desplazarse hacia adelante y hacia atrás con facilidad. Cuando la señal de audio induce corriente en la bobina, la interacción con el campo magnético del imán fijo adjunto provoca que la bobina y, por ende, el cono vibren. Estas vibraciones desplazan el aire circundante, generando ondas sonoras que corresponden a los sonidos codificados en la señal eléctrica. Así, los altavoces transforman la energía eléctrica en energía acústica, recreando los sonidos para que puedan ser percibidos por el oído humano.Galvanómetros y su Función en la Medición Analógica
Los galvanómetros son instrumentos de medición analógica que detectan y miden pequeñas corrientes eléctricas. Consisten en una bobina de alambre montada en un marco y suspendida entre los polos de un imán permanente. Al pasar una corriente por la bobina, se genera un torque magnético que hace girar la bobina y, con ella, una aguja indicadora sobre una escala graduada. La fuerza del resorte de torsión se opone al movimiento de la bobina, y el equilibrio entre el torque magnético y la resistencia del resorte determina la posición final de la aguja, proporcionando una lectura proporcional a la corriente que fluye a través de la bobina. Los galvanómetros son la base para instrumentos más complejos como amperímetros, voltímetros y óhmetros, y su diseño incluye imanes con polos curvos y un núcleo de hierro para concentrar el campo magnético y asegurar una respuesta lineal y precisa.Descubrimiento y Propiedades del Electrón
El electrón es una partícula subatómica elemental con carga negativa, cuya existencia fue propuesta a finales del siglo XIX. Los experimentos con tubos de rayos catódicos, que consistían en tubos de vidrio evacuados con electrodos en cada extremo, revelaron la presencia de rayos que emanaban del cátodo negativo y se dirigían hacia el ánodo positivo. Estos rayos catódicos se desviaban al aplicar campos eléctricos o magnéticos externos, lo que demostraba que estaban compuestos por partículas cargadas negativamente. El físico británico J.J. Thomson fue quien determinó la relación carga-masa del electrón en 1897, lo que condujo a la comprensión de que los electrones son componentes fundamentales de los átomos y juegan un papel esencial en los fenómenos eléctricos y magnéticos. Su descubrimiento fue un hito en la física y la química, abriendo el camino para el desarrollo de la teoría cuántica y la electrónica moderna.
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Motores eléctricos de corriente directa (CD)
Transformación de energía eléctrica en mecánica
Los motores eléctricos de corriente directa convierten la energía eléctrica en energía mecánica mediante la interacción entre un campo magnético y corrientes eléctricas
Componentes y mecanismos internos
Armadura o rotor
La armadura o rotor es una bobina de alambre que se sitúa entre los polos de un imán permanente o electroimanes y es la encargada de generar el movimiento rotatorio
Conmutador y escobillas
El conmutador y las escobillas son los mecanismos que permiten mantener una rotación unidireccional y asegurar un torque constante y una rotación suave y continua del motor
Principio de funcionamiento
Los motores eléctricos de corriente directa funcionan gracias a la ley de Lorentz, que genera una fuerza electromotriz en la bobina al circular corriente por ella, produciendo un movimiento rotatorio
Altavoces
Transformación de energía eléctrica en acústica
Los altavoces convierten señales eléctricas en ondas sonoras mediante la interacción entre un campo magnético y una corriente eléctrica alterna que hace vibrar una bobina de voz adherida a un diafragma o cono
Componentes y mecanismos internos
Bobina de voz y diafragma
La bobina de voz y el diafragma son los componentes principales de los altavoces, encargados de transformar la señal eléctrica en vibraciones que desplazan el aire y generan ondas sonoras
Imán fijo adjunto
El imán fijo adjunto a la bobina de voz es el encargado de generar el campo magnético que interactúa con la corriente eléctrica y provoca las vibraciones del diafragma
Principio de funcionamiento
Los altavoces funcionan gracias a la vibración del diafragma inducida por la corriente eléctrica en la bobina de voz, que desplaza el aire y genera ondas sonoras correspondientes a la señal de audio
Galvanómetros
Instrumentos de medición analógica
Los galvanómetros son instrumentos de medición analógica que detectan y miden pequeñas corrientes eléctricas
Componentes y mecanismos internos
Bobina de alambre y imán permanente
La bobina de alambre suspendida entre los polos de un imán permanente es la encargada de generar un torque magnético que hace girar la aguja indicadora sobre una escala graduada
Resorte de torsión
El resorte de torsión se opone al movimiento de la bobina y determina la posición final de la aguja indicadora, proporcionando una lectura proporcional a la corriente que fluye por la bobina
Función en la medición analógica
Los galvanómetros son la base para instrumentos más complejos como amperímetros, voltímetros y óhmetros, y su diseño incluye imanes y un núcleo de hierro para asegurar una respuesta lineal y precisa en la medición de corrientes eléctricas
Descubrimiento y propiedades del electrón
Partícula subatómica elemental
El electrón es una partícula subatómica elemental con carga negativa, cuya existencia fue propuesta a finales del siglo XIX
Experimentos con tubos de rayos catódicos
Los experimentos con tubos de rayos catódicos demostraron la presencia de rayos compuestos por partículas cargadas negativamente, que posteriormente se identificaron como electrones
Descubrimiento y propiedades
El físico J.J. Thomson determinó la relación carga-masa del electrón en 1897, lo que condujo a la comprensión de su papel fundamental en los fenómenos eléctricos y magnéticos y su importancia en la física y la química
Funcionamiento de los dispositivos electromecánicos
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00
Transformación de energía en motores CD
Convierten energía eléctrica en mecánica mediante interacción campo magnético y corrientes.
01
Función del conmutador en motores CD
Invierte dirección de corriente en la bobina para mantener rotación unidireccional.
02
Rol de las escobillas en motores CD
Contactos fijos que transmiten corriente al conmutador, permitiendo flujo eléctrico continuo.
