La dinamo y el motor de corriente continua

Explica con tus palabras en qué consiste la inducción electromagnética: qué tres ingredientes hacen falta para generar una tensión en un conductor (un campo magnético, un conductor y movimiento relativo entre ambos) y qué ocurre si falta el movimiento.

La dinamo de una bicicleta alimenta las luces al apoyarse en la rueda. Explica de dónde sale realmente la energía eléctrica que produce (del esfuerzo de quien pedalea) y por qué se nota más resistencia al pedalear cuando la dinamo está conectada.

Cuanto más brilla la luz de la bicicleta alimentada por dinamo, más cuesta pedalear. Explica esta relación usando la conservación de la energía: la energía eléctrica que sale de la dinamo tiene que entrar por algún sitio.

Relaciona cada parte de un motor de corriente continua con su función: (1) estator, (2) rotor, (3) colector de delgas y (4) escobillas, con: (a) parte fija que crea el campo magnético; (b) parte que gira con las bobinas; (c) cilindro segmentado que invierte la corriente en el momento justo; (d) contactos deslizantes que llevan la corriente a la parte móvil.

Explica qué problema resuelve el conjunto colector-escobillas en un motor de corriente continua: cómo llega la corriente a una parte que está girando y por qué hace falta invertir su sentido cada media vuelta para que el par no se detenga.

La figura muestra el corte esquemático de un motor de corriente continua, con una de sus partes señalada con una interrogación, como se muestra en la figura.

(a) Nombra las partes rotuladas del motor. (b) Identifica las piezas marcadas con la interrogación y explica su función (llevar la corriente desde los terminales fijos hasta el colector que gira). (c) Explica qué fuerzas hacen girar al rotor y por qué el colector debe invertir la corriente cada media vuelta.

Un motor de corriente continua se alimenta a $12\ \text{V}$ y consume $3\ \text{A}$. (a) Calcula la potencia eléctrica que absorbe, $P = V \cdot I$. (b) Explica qué significa ese valor y en qué dos destinos se reparte esa potencia (trabajo mecánico útil y calentamiento).

Un motor absorbe $100\ \text{W}$ de la red y entrega $80\ \text{W}$ de potencia mecánica en su eje. (a) Calcula su rendimiento, $\eta = \frac{P_{util}}{P_{abs}} \cdot 100$. (b) Calcula la potencia que se pierde y explica en qué se transforma (calor por rozamientos y por efecto Joule en las bobinas).

Un taladro sin cable se alimenta de una batería de $18\ \text{V}$ y consume $5\ \text{A}$ en plena carga, con un rendimiento del $75\ \%$. (a) Calcula la potencia eléctrica absorbida. (b) Calcula la potencia mecánica útil en la broca, $P_{util} = \eta \cdot P_{abs}$, expresando el rendimiento como tanto por uno. (c) Calcula la potencia perdida y razona por qué la carcasa se calienta al usarlo.

La figura muestra el balance de potencias de un motor, con el flujo de pérdidas marcado con una interrogación, como se muestra en la figura.

(a) Calcula la potencia que corresponde al flujo marcado con la interrogación, justificando el cálculo con la conservación de la energía. (b) Indica en qué se transforma esa potencia perdida y cita dos causas concretas dentro del motor (rozamiento mecánico y efecto Joule en las bobinas). (c) Calcula el rendimiento del motor y razona si es un buen valor para una máquina pequeña de corriente continua.

La figura muestra la cadena de transformaciones energéticas desde el pedaleo hasta la luz de una bicicleta, con una etapa tapada por una interrogación, como se muestra en la figura.

(a) Identifica la máquina y la forma de energía que hay en la etapa marcada con la interrogación. (b) Explica por qué aparece una salida de calor hacia el entorno y qué ley garantiza que toda la energía del pedaleo acaba en alguna de las dos salidas. (c) Razona qué ocurriría con el esfuerzo de pedaleo si se desconectara la bombilla.

Un motor de $12\ \text{V}$ que consume $4\ \text{A}$ eleva una masa de $20\ \text{kg}$ una altura de $2\ \text{m}$ en $10\ \text{s}$. (a) Calcula la energía eléctrica consumida, $E = V \cdot I \cdot t$. (b) Calcula la energía mecánica ganada por la masa, $E = m \cdot g \cdot h$, con $g = 9{,}8\ \text{m/s}^2$. (c) Calcula el rendimiento del conjunto y comenta dónde se ha perdido la diferencia.

Para la grúa de una maqueta hay dos motores candidatos: el motor A ($6\ \text{V}$, $2\ \text{A}$, rendimiento del $60\ \%$) y el motor B ($12\ \text{V}$, $1{,}5\ \text{A}$, rendimiento del $70\ \%$). La grúa debe subir una masa de $2\ \text{kg}$ a una velocidad de $0{,}5\ \text{m/s}$, lo que exige una potencia mecánica $P = F \cdot v$ con $F = m \cdot g$ ($g = 9{,}8\ \text{m/s}^2$). (a) Calcula la potencia útil de cada motor. (b) Calcula la potencia que necesita la grúa. (c) Elige el motor adecuado justificando con los cálculos y comenta qué ocurriría con el otro.