Un motor homopolar es un motor eléctrico de corriente continua con dos polos magnéticos , cuyos conductores siempre cortan líneas unidireccionales de flujo magnético al girar un conductor alrededor de un eje fijo de modo que el conductor esté en ángulo recto con un campo magnético estático . Como la fuerza resultante es continua en una dirección, el motor homopolar no necesita conmutador, pero sí anillos colectores . [1] El nombre homopolar indica que la polaridad eléctrica del conductor y los polos del campo magnético no cambian (es decir, que no requiere conmutación).
El motor homopolar fue el primer motor eléctrico que se construyó. Su funcionamiento fue demostrado por Michael Faraday en 1821 en la Royal Institution de Londres. [3] [4]
En 1821, poco después de que el físico y químico danés Hans Christian Ørsted descubriera el fenómeno del electromagnetismo , Humphry Davy y el científico británico William Hyde Wollaston intentaron, pero fracasaron, diseñar un motor eléctrico . [5] Faraday, tras ser desafiado por Davy como una broma [ cita requerida ] , pasó a construir dos dispositivos para producir lo que llamó "rotación electromagnética". Uno de ellos, ahora conocido como motor homopolar , provocó un movimiento circular continuo que fue engendrado por la fuerza magnética circular alrededor de un cable que se extendía dentro de un depósito de mercurio en el que se colocó un imán. El cable luego giraría alrededor del imán si se le suministraba corriente desde una batería química. Estos experimentos e inventos formaron la base de la tecnología electromagnética moderna. En su entusiasmo, Faraday publicó los resultados. Esto tensó su relación con Davy, debido a los celos de su mentor por el logro de Faraday, y es la razón de la asignación de Faraday a otras actividades, lo que en consecuencia impidió su participación en la investigación electromagnética durante varios años. [6] [7]
En 1913, BG Lamme describió una máquina homopolar de 2000 kW, 260 V, 7700 A y 1200 rpm con 16 anillos rozantes que funcionaban a una velocidad periférica de 67 m/s. Un generador unipolar de 1125 kW, 7,5 V, 150 000 A y 514 rpm, construido en 1934, se instaló en una acería estadounidense para soldar tuberías. [8]
El motor homopolar es impulsado por la fuerza de Lorentz . Un conductor con una corriente que fluye a través de él cuando se coloca en un campo magnético que es perpendicular a la corriente siente una fuerza en la dirección perpendicular tanto al campo magnético como a la corriente. Esta fuerza forma un par de fuerzas consigo misma cuyo par genera movimiento alrededor del eje de rotación. [9] Debido a que el eje de rotación es paralelo al campo magnético y los campos magnéticos opuestos no cambian de polaridad, no se requiere conmutación para que el conductor siga girando. Esta simplicidad se logra más fácilmente con diseños de una sola vuelta, lo que hace que los motores homopolares no sean adecuados para la mayoría de las aplicaciones prácticas.
Como la mayoría de las máquinas electromecánicas, un motor homopolar es reversible: si el conductor se gira mecánicamente, funcionará como un generador homopolar , produciendo un voltaje de corriente continua entre los dos terminales del conductor. La corriente continua producida es un efecto de la naturaleza homopolar del diseño. Los generadores homopolares (HPG) se investigaron ampliamente a fines del siglo XX como fuentes de alimentación de CC de bajo voltaje pero muy alta corriente y han logrado cierto éxito al alimentar cañones de riel experimentales .
Un motor homopolar es muy fácil de construir. Se utiliza un imán permanente para proporcionar el campo magnético externo en el que girará el conductor, y una batería hace que fluya una corriente a lo largo de un cable conductor. No es necesario que el imán se mueva, o incluso que esté en contacto con el resto del motor; su único propósito es proporcionar un campo magnético que interactuará con el campo magnético inducido por la corriente en el cable. Se puede unir el imán a la batería y dejar que el cable conductor gire libremente mientras se cierra el circuito eléctrico tocando tanto la parte superior de la batería como el imán unido a la parte inferior de la batería. El cable y la batería pueden calentarse si se utilizan de forma continua. [10]
