Artículos Técnicos

¿Quien inventó la regla de la mano derecha y como se usa?

¿Sabias quién fue el inventor del tubo de vacío y de la famosa “regla de la mano derecha”?. Pues John Ambrese Fleming, Ingeniero eléctrico. Nació el 29 de noviembre de 1849, Lancaster. Tras graduarse ingresó en la Universidad de Cambridge en el año 1877 colaborando con J. C. Maxwell. A partir de 1885 ocupó la plaza de profesor de ingeniería eléctrica de la Universidad de Londres. Asimismo colaboró con T. A. Edison (a partir de 1880) y G. Marconi (a partir de 1890).

 
regla de la mano derecha
 

En 1904 inventó el tubo de vacío (también conocido como válvula termoiónica) basándose en el efecto Edison, que Thomas Alva Edison había patentado en 1883.

 

El tubo de vacío fue el primer diodo de la historia y fue fundamental en el funcionamiento de radios, televisores e incluso del primer ordenador totalmente digital, ENIAC.

 

Para ver un ejemplo de la importancia de este invento, basta decir que ENIAC usaba 17.468 válvulas de vacío, que se queda en un número insignificante si tenemos en cuenta los 3,1 millones de transistores (una evolución del diodo y de la válvula de vacío) del primer Pentium.

 

El diodo (el suplente actual del tubo de vacío) es ampliamente utilizado para rectificar señales de corriente alterna y convertirlas en señales de continua, a parte de otras muchas aplicaciones. Su funcionamiento es tan sencillo como útil. Su única función es la de dejar pasar la corriente cuando viene por un lado del diodo (ánodo) y cerrarle el paso a la corriente si viene por el lado contrario del diodo (cátodo).

 

Si no hubiese sido por su extrema fragilidad y por su excesivo tamaño, quizás ahora todavía conviviríamos con los tubos de vacío.

Estudió en el University College, en el Royal College of Chemistry de Londres y en la Universidad de Cambridge, donde fue discípulo de Maxwell. Profesor en el University College y en la Universidad de Londres.

 

También es de Fleming la popular regla de la mano derecha para determinar el sentido del campo magnético que produce una corriente eléctrica.

 
¿Cómo se usa?

La regla izquierda de Fleming para motores es una de un par de mnemónicos visuales, la otra es la regla derecha de Fleming (para generadores). Fueron originados por John Ambrose Fleming, a finales del siglo XIX, como una forma sencilla de calcular la dirección del movimiento en un motor eléctrico, o la dirección de la corriente eléctrica en un generador eléctrico.

 

Cuando la corriente fluye a través de un alambre conductor, y un campo magnético externo es aplicado a través de ese flujo, el alambre conductor experimenta una fuerza perpendicular tanto a ese campo como a la dirección del flujo de corriente (es decir, son mutuamente perpendiculares). Se puede sostener una mano izquierda, como se muestra en la ilustración, para representar tres ejes mutuamente ortogonales en el pulgar, el dedo anterior y el dedo corazón. Cada dedo se asigna a una cantidad (fuerza mecánica, campo magnético y corriente eléctrica). La derecha y la izquierda se utilizan para los generadores y los motores respectivamente.

 
ManoLaplace
 
Convenciones
La dirección de la fuerza mecánica es la literal
La dirección del campo magnético es de norte a sur.
La dirección de la corriente eléctrica es la de la corriente convencional: de positiva a negativa.
 
Mnemotécnicos
Se han utilizado varias ayudas de memoria para recordar la cantidad que representa cada dedo.
 
Primera variante
El Pulgar representa la dirección del Empuje sobre el conductor / Movimiento del Conductor
El dedo Fore representa la dirección del campo magnético
El dedo central representa la dirección de la corriente.
 
Segunda variante
El pulgar representa la dirección del movimiento resultante de la fuerza sobre el conductor.
El primer dedo representa la dirección del campo magnético
El Segundo dedo representa la dirección de la Corriente.
 
Tercera variante

La traducción de Van de Graaff de las reglas de Fleming es la regla del FBI, fácil de recordar porque estas son las iniciales de la Oficina Federal de Investigaciones.

 
La F(Pulgar) representa la dirección de la Fuerza del conductor
El B (dedo índice) representa la dirección del campo magnético
El I (dedo central) representa la dirección de la corriente.

Utiliza los parámetros simbólicos convencionales de F (para la fuerza de Lorentz), B (para la densidad de flujo magnético) y I (para la corriente eléctrica), y los atribuye en ese orden (FBI) respectivamente al pulgar, al primer dedo y al segundo dedo.

 
El pulgar es la fuerza, F
El primer dedo es la densidad de flujo magnético, B
El segundo dedo es la corriente eléctrica, I.

Por supuesto, si la mnemotécnica es enseñada (y recordada) con una disposición diferente de los parámetros a los dedos, podría terminar como una mnemotécnica que también invierte los roles de las dos manos (en lugar de la mano izquierda estándar para los motores, la mano derecha para los generadores). Estas variantes están catalogadas más detalladamente en la página de mnemónicos del FBI.

 
Distinción entre la regla de la derecha y la de la izquierda
 
La regla de la mano derecha de Fleming
La regla izquierda de Fleming se utiliza para los motores eléctricos, mientras que la regla derecha de Fleming se utiliza para los generadores eléctricos.
 
Es necesario utilizar manos diferentes para los motores y generadores debido a las diferencias entre causa y efecto.
 

En un motor eléctrico, la corriente eléctrica y el campo magnético existen (que son las causas), y conducen a la fuerza que crea el movimiento (que es el efecto), y así se utiliza la regla de la mano izquierda. En un generador eléctrico, el movimiento y el campo magnético existen (causas), y conducen a la creación de la corriente eléctrica (efecto), por lo que se utiliza la regla de la mano derecha.

 

Para ilustrar por qué, considere que muchos tipos de motores eléctricos también pueden ser usados como generadores eléctricos. Un vehículo accionado por tal motor puede ser acelerado hasta alta velocidad conectando el motor a una batería completamente cargada. Si el motor se desconecta de la batería completamente cargada y se conecta a una batería completamente descargada, el vehículo se desacelera. El motor actuará como generador y convertirá la energía cinética del vehículo en energía eléctrica, que se almacena en la batería. Como ni la dirección del movimiento ni la dirección del campo magnético (dentro del motor/generador) han cambiado, la dirección de la corriente eléctrica en el motor/generador se ha invertido. Esto se desprende de la segunda ley de la termodinámica (la corriente del generador debe oponerse a la corriente del motor, y la corriente más fuerte supera a la otra para permitir que la energía fluya desde la fuente más energética a la fuente menos energética).

 

La regla para los motores puede ser recordada recordando que «los motores conducen a la izquierda en Gran Bretaña». Se puede recordar la regla para generadores recordando que o bien las letras «g» y «r» son comunes tanto a «right» como a «generator», o bien la frase «Jenny siempre tiene razón» («Genny» es una versión abreviada común de Generator).

 
Base física de las normas

Predicción de la dirección de la densidad de flujo (B), dado que la corriente I fluye en la dirección del pulgar.
Cuando los electrones, o cualquier partícula cargada, fluyen en la misma dirección (por ejemplo, como una corriente eléctrica en un conductor eléctrico, como un cable metálico) generan un campo magnético cilíndrico que envuelve al conductor (como descubrió Hans Christian Ørsted).

 

La dirección del campo magnético inducido a veces es recordada por la regla del sacacorchos de Maxwell. Es decir, si la corriente convencional está fluyendo fuera del espectador, el campo magnético corre en el sentido de las agujas del reloj alrededor del conductor, en la misma dirección en la que un sacacorchos tendría que girar para alejarse del espectador. La dirección del campo magnético inducido también es a veces recordada por la regla de agarre de la mano derecha, como se muestra en la ilustración, con el pulgar mostrando la dirección de la corriente convencional, y los dedos mostrando la dirección del campo magnético. La existencia de este campo magnético puede confirmarse mediante la colocación de brújulas magnéticas en varios puntos de la periferia de un conductor eléctrico que transporta una corriente eléctrica relativamente grande.

 

Si un campo magnético externo se aplica horizontalmente, de modo que atraviese el flujo de electrones (en el conductor del alambre o en el haz de electrones), los dos campos magnéticos interactuarán. Michael Faraday introdujo una analogía visual para esto, en forma de líneas magnéticas imaginarias de fuerza: las del conductor forman círculos concéntricos alrededor del conductor; las del campo magnético aplicado externamente corren en líneas paralelas. Si los que están a un lado del conductor están corriendo (del norte al sur del polo magnético) en dirección opuesta a los que rodean al conductor, serán desviados de manera que pasen al otro lado del conductor (porque las líneas magnéticas de fuerza no pueden cruzarse o correr contrarias entre sí). Por consiguiente, habrá un gran número de líneas de campo magnético en un pequeño espacio en ese lado del conductor, y una escasez de ellas en el lado original del conductor. Dado que las líneas de fuerza del campo magnético ya no son rectas, sino curvas para correr alrededor del conductor eléctrico, están bajo tensión (como las bandas elásticas estiradas), con energía ligada al campo magnético. Ya que este campo energético no tiene oposición en su mayor parte, su acumulación o expulsión en una dirección crea -de manera análoga a la Tercera Ley del Movimiento de Newton- una fuerza en la dirección opuesta. Puesto que sólo hay un objeto móvil en este sistema (el conductor eléctrico) sobre el que trabajar esta fuerza, el efecto neto es una fuerza física que trabaja para expulsar el conductor eléctrico fuera del campo magnético aplicado externamente en la dirección opuesta a la que el flujo magnético está siendo redirigido – en este caso (motores), si el conductor lleva la corriente convencional hacia arriba, y el campo magnético externo se está alejando del espectador, la fuerza física trabajará para empujar al conductor hacia la izquierda. Esta es la razón del par en un motor eléctrico. (El motor eléctrico se construye de manera que la expulsión del conductor fuera del campo magnético haga que se coloque dentro del siguiente campo magnético, y que esta conmutación continúe indefinidamente.

 
Ley de Faraday: la fuerza electromotriz inducida en un conductor es directamente proporcional a la velocidad de cambio del flujo magnético en el conductor.
 
Fuentes:
historiasdelaciencia.com
en.wikipedia.org

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