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Abrir el simulador

Una espira entre dos imanes: fuerzas, par, conmutador y fuerza contraelectromotriz.
Ventiladores, taladros, coches eléctricos, el motor de vibración de un móvil: todos convierten energía eléctrica en movimiento con el mismo principio. Un conductor con corriente dentro de un campo magnético sufre una fuerza. Si el conductor es una espira que puede girar, esas fuerzas forman un par y la hacen rotar. Este simulador muestra un motor de corriente continua por dentro, en cámara lenta.

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Lo que vas a aprender

  • Por qué una espira con corriente gira entre dos imanes.
  • Calcular el par de una bobina: τ=NIABsin⁡θ\tau = NIAB\sin\theta.
  • Para qué sirve el conmutador.
  • Qué es la fuerza contraelectromotriz y por qué limita la velocidad.
  • El balance de potencias de un motor.

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Cómo se usa el simulador

  • La animación va a cámara lenta × 50.
  • La gráfica Par según el ángulo de la espira muestra cómo cambia el par en cada vuelta.
  • El panel da la velocidad (rpm), la corriente, el par, la fuerza contraelectromotriz, la potencia eléctrica y el ángulo.

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Fundamentos teóricos

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Fuerza sobre los lados de la espira

Un conductor de longitud LL con corriente II, perpendicular a un campo BB, sufre una fuerza: F=N I L BF = N\,I\,L\,B (con NN vueltas). En los dos lados de la espira la corriente va en sentidos opuestos, así que una fuerza empuja hacia arriba y la otra hacia abajo. Forman un par de fuerzas.

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El par

Si AA es el área de la espira y θ\theta el ángulo entre la normal a la espira y el campo: τ=N I A Bsin⁡θ\tau = N\,I\,A\,B\sin\theta
  • El par es máximo cuando el plano de la espira es paralelo al campo (θ=90°\theta = 90°).
  • Es nulo cuando la espira está perpendicular al campo (vertical en el simulador).

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El conmutador

Sin nada más, al pasar la posición vertical el par cambiaría de sentido y la espira oscilaría hasta pararse. El conmutador (un anillo partido con dos escobillas) invierte la corriente cada media vuelta, justo en esa posición. Así el par empuja siempre hacia el mismo lado. La espira pasa los puntos de par nulo gracias a su inercia.

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Fuerza contraelectromotriz

Al girar dentro del campo, el flujo magnético que atraviesa la espira cambia y, por la ley de Faraday, se induce en ella una tensión. Esa tensión, ε\varepsilon, se opone a la de la pila (ley de Lenz): es la fuerza contraelectromotriz. Es proporcional a la velocidad de giro. I=V−εRI = \frac{V - \varepsilon}{R}
  • Al arrancar el motor está parado, ε=0\varepsilon = 0 y la corriente es máxima, V/RV/R.
  • Al acelerar, ε\varepsilon crece, la corriente baja y el par también.
  • El motor se estabiliza en la velocidad en la que el par iguala a la carga y al rozamiento.

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Balance de potencias

Multiplicando V=ε+IRV = \varepsilon + IR por II: V I=ε I+I2RV\,I = \varepsilon\,I + I^2 R La potencia eléctrica que da la pila se reparte en potencia mecánica (εI\varepsilon I) y calor en la bobina (I2RI^2 R, efecto Joule). El rendimiento es η=ε/V\eta = \varepsilon/V.

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Ejemplos resueltos

Ejemplo 1 · Par de una bobina

Una bobina de 100 vueltas y 4 cm × 4 cm está en un campo de 0,3 T y por ella pasan 3 A. ¿Cuál es el par máximo? ¿Y con sin⁡θ=0,5\sin\theta = 0{,}5?A=0,042=1,6⋅10−3A = 0{,}04^2 = 1{,}6 \cdot 10^{-3} m².τmaˊx=100⋅3⋅1,6⋅10−3⋅0,3=0,144\tau_{\text{máx}} = 100 \cdot 3 \cdot 1{,}6 \cdot 10^{-3} \cdot 0{,}3 = 0{,}144 N·m. Con sin⁡θ=0,5\sin\theta = 0{,}5: 0,0720{,}072 N·m.
Un motor con R=2 ΩR = 2\ \Omega se conecta a 6 V. ¿Qué corriente pasa al arrancar? ¿Y cuando gira con ε=4\varepsilon = 4 V?Al arrancar: I=6/2=3I = 6/2 = 3 A. Girando: I=(6−4)/2=1I = (6 - 4)/2 = 1 A.
En el caso anterior, girando con ε=4\varepsilon = 4 V:Potencia eléctrica: 6⋅1=66 \cdot 1 = 6 W. Mecánica: 4⋅1=44 \cdot 1 = 4 W. Calor: 12⋅2=21^2 \cdot 2 = 2 W. Rendimiento: 4/6=67 %4/6 = 67\,\%.

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Experimenta con el simulador

1

Sin conmutador

Desactiva el conmutador y arranca. ¿Qué hace la espira? Mira la gráfica del par.
2

La corriente baja al acelerar

Con el conmutador, arranca y observa la corriente y la fuerza contraelectromotriz mientras el motor gana velocidad.
3

Ponle carga

Aumenta la carga en el eje. ¿Qué pasa con la velocidad y con la corriente?
4

Más tensión, más velocidad

Duplica la tensión de la pila. ¿Cuánto cambia la velocidad final sin carga?

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Errores frecuentes

  • Pensar que el par es constante. Depende del ángulo: es nulo en la posición vertical.
  • Olvidar la fuerza contraelectromotriz al calcular la corriente de un motor en marcha.
  • Confundir motor y generador. Son la misma máquina: un motor que gira por fuerza externa genera tensión.

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Preguntas frecuentes

Sin giro no hay fuerza contraelectromotriz y pasa la corriente máxima, V/RV/R. Toda la potencia se convierte en calor y el motor se puede quemar.
Tienen muchas bobinas repartidas para que el par sea casi constante. Los motores sin escobillas (brushless) usan electrónica en lugar de conmutador mecánico.

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Simuladores relacionados

Campo magnético

Fuerzas sobre corrientes.

Ley de Ohm

Tensión, corriente y resistencia.

Circuitos RL

Inducción en una bobina.
Última modificación el 6 de octubre de 2026