Fuerza de Lorentz en acción: corriente + campo magnético = movimiento. Del motor homopolar al motor de bobina, la física que impulsa el mundo moderno.
En esta segunda parte construimos motores eléctricos simples que demuestran la interacción fundamental entre corriente eléctrica ycampo magnético. El principio físico subyacente es la fuerza de Lorentz, descrita por la expresión vectorial F = I (L × B), donde el producto cruz (×) indica que la fuerza resultante es siempre perpendicular tanto a la dirección de la corriente como al campo magnético. Este es el principio detrás de todos los motores eléctricos del mundo moderno: desde el ventilador de tu casa hasta el motor de tracción de un vehículo eléctrico, pasando por los servomotores de robots industriales y los propulsores de levitación magnética de trenes de alta velocidad.
F = I L × B
Fuerza de Lorentz (vectorial)
1.2–1.4 T
Campo de imanes NdFeB (neodimio)
~90%
Eficiencia típica motor brushless
1821
Año del primer motor (Faraday)
«El motor eléctrico no convierte electricidad en movimiento por magia: lo hace porque cada electrón en movimiento siente un empujón perpendicular a su trayectoria y al campo magnético.»
Cuando una carga eléctrica q se mueve con velocidad v en un campo magnético B, experimenta una fuerza descrita por el producto cruz vectorial:
F = q (v × B) → dF = I (dl × B) (para corriente en un conductor)
El producto cruz (×) determina que la fuerza es máxima cuando la corriente es perpendicular al campo magnético (sen 90° = 1) y nula cuando son paralelos (sen 0° = 0). La magnitud de la fuerza sobre un conductor recto de longitud L es F = B I L sen(θ), donde θ es el ángulo entre el conductor y el campo magnético.
👉 Dirección
Regla de la mano derecha: pulgar = I, índice = B, medio = F
📐 Magnitud
F = B I L sen(θ) — máxima cuando I ⟂ B (θ = 90°)
🔄 Sentido
Invierte I o B → invierte F. Base de la conmutación en motores.
En un motor eléctrico, el conductor porta corriente (I) y el imán permanente genera el campo B. La fuerza de Lorentz Fempuja al conductor en una dirección perpendicular a ambos. Al disponer múltiples conductores en una bobina (espira rectangular), las fuerzas sobre los lados opuestos del circuito crean un par motor (torque) τ = N I A B sen(θ), donde N es el número de espiras y A el área de la bobina. Este torque es máximo cuando el plano de la bobina es paralelo al campo magnético (θ = 90°) y se anula cuando es perpendicular (θ = 0°), lo que explica la necesidad de un mecanismo de conmutación para mantener la rotación continua.
El más simple: solo pila, imán y alambre
Física clave:
Corriente radial en disco/cilindro + B axial → fuerza tangencial continua. Sin conmutación.
1.5 V
Voltaje
2–5 A (cortocircuito controlado)
Corriente típica
Materiales: Pila AA, imán NdFeB 10–15 mm, alambre cobre desnudo 1 mm, cinta.
Bobina giratoria + imán fijo + conmutación por esmalte
Física clave:
F = I dl × B sobre cada segmento. El eje semidesnudado actúa como conmutador mecánico: conduce cuando toca el clip, corta cuando gira.
1.5 V
Voltaje
0.5–1 A
Corriente típica
Materiales: Alambre esmaltado 0.5 mm, pila AA, imán NdFeB, 2 clips, base madera/cartón.
Movimiento alternativo: imán atraviesa bobina
Física clave:
Ley de Lenz: corriente inducida opone cambio de flujo. Con conmutador → movimiento oscilante.
1.5–3 V
Voltaje
0.3–0.8 A
Corriente típica
Materiales: Tubo plástico, alambre esmaltado, imán cilíndrico NdFeB, pila, interruptor.
Imán gira, bobinas fijas. Requiere conmutación electrónica (Hall/ESC).
Física clave:
Campo rotante: 3 fases desfasadas 120°. Sensores Hall detectan posición → ESC conmuta corriente.
7.4–11.1 V (2S–3S)
Voltaje
5–20 A
Corriente típica
Materiales: 12 bobinas (estator), rotor con 8–14 polos imanes, 3 sensores Hall, ESC, batería LiPo.
En el motor homopolar, descrito por Faraday en 1821, la corriente fluyeradialmente desde el centro del imán (o la pila) hacia el borde del conductor, mientras el campo magnético del imán de neodimio es axial (paralelo al eje de rotación). La fuerza de Lorentz F = I dl × B es siempre tangencialal camino circular de la corriente, generando un torque constante que produce rotación continua sin necesidad de conmutación ni cambio de dirección de corriente. Sin embargo, la eficiencia es extremadamente baja: el conductor cortocircuita parcialmente la pila, la resistencia de contacto es alta, y la mayor parte de la energía se disipa como calor (Joule heating). Es un sistema ideal para demostraciones pedagógicas, pero no para aplicaciones prácticas.
«Michael Faraday descubrió la inducción electromagnética en 1831, pero su primer motor (1821) ya usaba la fuerza que hoy lleva su nombre: la fuerza de Lorentz.»
N35–N52, 10–20 mm, 1–2 kg fuerza
Todos los motores
0.3–1.0 mm (AWG 28–18), clase 155/180°C
Bobinas, ejes, conmutador
AA (1.5V), LiPo 2S–3S (7–11V), bench PSU
Fuente de corriente controlada
Cada motor que construyas —homopolar, de bobina, lineal— demuestra la misma ecuación:F = I L × B. La regla de la mano derechano es un truco mnemotécnico; es la representación vectorial de cómo la naturaleza acopla electricidad y magnetismo. Faraday vio la aguja de una brújula girar cerca de un conductor en 1821; hoy, esa misma fuerza mueve trenes de levitación magnética, robots en Marte y la lavadora de tu casa. Una pila, un imán y un trozo de alambre son suficientes para tocar la fuerza que electrificó el mundo.