Elettrodomestici come frullatori e lavatrici, lavastoviglie e asciugacapelli, ma anche automobili e mezzi pubblici, sfruttano il motore elettrico per trasformare energia elettrica in energia meccanica.
Questo processo è l’inverso di quanto avviene nella dinamo o nell’alternatore: essi trasformano energia meccanica in energia elettrica (più precisamente, in corrente elettrica, continua nel caso della dinamo, alternata nel caso dell’alternatore). In questo video invece scopriamo il funzionamento del motore elettrico.
Il motore elettrico che analizziamo funziona mediante una sorgente di corrente continua, come ad esempio una pila o una batteria di pile. I dispositivi che colleghiamo alla presa di corrente domestica, sorgente di corrente alternata, hanno al loro interno dei trasformatori per abbassarne il voltaggio, e un raddrizzatore per trasformarla in corrente continua. All’interno del motore sono presenti tre componenti fondamentali: un involucro o armatura, contenente delle calamite; un rotore o parte rotante, attorno alla quale sono avvolte numerose bobine di filo conduttore; e le spazzole, cui andrà collegata la sorgente di differenza di potenziale e che sfiorano il rotore. Le calamite dell’armatura sono poste di modo che una di esse rivolga il proprio polo $\text{N}$ verso il rotore, mentre l’altra il polo $\text{S}$.
Collegando le spazzole ad una pila, esse fanno scorrere corrente elettrica nel rotore, la quale passerà attraverso le bobine. Secondo la legge di Biot-Savart, un filo percorso da corrente genera un campo magnetico (è il principio alla base dell’elettromagnete): la bobina posta sul rotore quindi si trasformerà in un vero e proprio magnete. Il motore è costruito di modo che il campo magnetico generato dalla corrente che percorre la bobina sia concorde a quello presente nelle calamite nell’armatura: una bobina posta di fronte al polo $N$ dell’armatura verrà percorsa da corrente di modo che il campo magnetico in essa generato opponga all’armatura il proprio polo $N$. Per le leggi di base del magnetismo, poli concordi si respingono, mentre poli discordi si attraggono: la bobina di fronte alle calamite dell’armatura verrà dunque respinta, imprimendo una rotazione al rotore.
Dopo una parziale rotazione del rotore, le spazzole sfiorano i propri contatti in parti inverse, facendo scorrere la corrente attraverso le bobine nel verso opposto: il campo magnetico presente nella bobina quindi invertirà i propri poli. Ma questo è necessario per mantenere la rotazione: se la polarità non cambiasse, la bobina non verrebbe respinta dall’armatura (anzi, ne verrebbe attratta), e il processo si arresterebbe. Abbiamo così trasformato energia elettrica (la corrente) in energia meccanica (la rotazione).