¿Por qué se carga con solo apoyarlo? Bobinas y campos magnéticos revelan el secreto de la carga inalámbrica
Soy Ken Kuwako, entrenador de ciencias. Para mí, cada día es un experimento.
¡Se te acaba la batería del móvil! Y justo no encuentras el cable Lightning por ningún lado… En ese momento de apuro, si ves un cargador inalámbrico esperándote tan tranquilo, seguro que te dan ganas de gritar: «¡Me has salvado la vida!».
Pero, pensándolo bien, es bastante raro. No hay ningún cable de por medio, solo apoyas el móvil encima… ¿cómo es posible que le llegue electricidad?
Parece magia, pero tiene una explicación en una ley de la física descubierta hace unos 200 años.
Vamos a mirar dentro de un cargador inalámbrico
Si desmontas un cargador inalámbrico, encontrarás una bobina en su interior.
Y el móvil también lleva una bobina igual por dentro. Aquí la tienes, tal como se ve al desmontarlo.
Una bobina envía la electricidad y la otra la recibe: la carga inalámbrica funciona gracias a que las dos se enfrentan cara a cara. Junto con I-sensei, docente en prácticas, diseñamos una clase para desentrañar el misterio de la carga inalámbrica. Hay muchos momentos en los que los alumnos tienen que pensar por sí mismos, y creo que quedó una clase muy divertida.
Los materiales del experimento
Esto es lo que necesitas:
un multímetro, cable Pascal (lo llamaremos «bobina gruesa»), un haz de hilo esmaltado (lo llamaremos «bobina fina») y una fuente de alimentación.
El cable Pascal lo compré aquí:
富士電線工業 VCTF 0.3sq×6芯富士電線工業 VCTF 0.3sq×6芯
Esta vez usé el de 6 hilos. Lo corté en tramos de 1 m y, en los dos extremos, fui desplazando de uno en uno el orden en que se conectan los hilos. Así se forma una bobina de 6 vueltas, es decir, ¡6 metros de cable enrollados como una sola bobina!
Aunque circulen hasta 3 A, no se calienta, así que es seguro.
Si quieres saber más sobre el cable Pascal, échale un vistazo aquí:
Creamos el lado que envía y el lado que recibe
La bobina gruesa se conecta a la corriente continua de la fuente de alimentación, y se les indica a los alumnos que pueden dejar pasar hasta 3 A. Este es el modelo del cargador (el lado que suministra la energía).
Por otro lado, la bobina fina se conecta al multímetro y hace de móvil (el lado que recibe la energía). Puse el multímetro en modo de corriente continua, con una escala que mide hasta microamperios (μA), corrientes diminutas.
¿La corriente solo aparece «en el instante de colocarla»?
Si colocamos la bobina fina sobre la gruesa, la corriente no se mantiene, pero justo en el momento de apoyarla la aguja del multímetro da un salto: por un instante circula corriente. Les hice esta demostración a los alumnos.
Pero si no hay corriente una vez colocada, eso no es una carga inalámbrica que se precie. Así que les planteé una pregunta: «¿Qué podemos hacer para que la corriente siga circulando en la otra bobina?». Tenían que formular una hipótesis y ponerla a prueba.
Los originales intentos de los alumnos
Los alumnos probaron todo tipo de métodos. Por ejemplo, un grupo colocó la bobina fina sobre la gruesa (con 3 A circulando) y la movía en vertical. Otro grupo prefirió moverla en horizontal.
También la hicieron girar y cambiaron la velocidad del movimiento. Todos los grupos comprobaron que «mientras se mueve, la corriente sigue circulando». Y es que, al moverla, el campo magnético que atraviesa la bobina cambia sin parar.
Después, compartimos los resultados con toda la clase.
Estas fueron las ideas:
・Acercar y alejar la bobina fina.
・Girar el dial sin parar (alternando entre ON y OFF).
・Hacer girar la bobina gruesa dentro de la bobina fina.
Eso sí, como encender y apagar de golpe podría estropear la fuente de alimentación, les indiqué que lo hicieran girando el dial para pasar a OFF y volver a ON.
Pero claro, en la carga inalámbrica de verdad no vas a estar moviendo el móvil con la mano todo el rato. Entonces, ¿cómo podemos cambiar el campo magnético sin mover las bobinas?
Esta es la nueva pregunta.
¿Y si cambiamos a corriente alterna?
Al compartir las ideas en clase, surgió la propuesta de usar corriente alterna. ¡Pues vamos a probarlo! La corriente alterna es una electricidad cuyo sentido se invierte decenas de veces por segundo. Como el campo magnético cambia cada vez que cambia el sentido, podemos mantenerlo en constante variación sin mover las bobinas.
La tensión es de 2 V. Al acercar la bobina, vemos que la corriente circula de forma continua. Y si cambiamos el multímetro al modo de corriente alterna, se ve que pasa una cantidad bastante considerable.
Incluso si las separamos un poco, sigue pasando corriente.
¡Y aunque pongamos la mano en medio, la corriente sigue circulando! El campo magnético atraviesa nuestro cuerpo como si nada.
«¡Guau!», exclamaron los alumnos, asombrados.
Expliquemos el mecanismo usando el «campo magnético»
Para terminar, volví a pedirles que pensaran cómo funciona la carga inalámbrica, con una condición: tenían que explicarlo usando la palabra «campo magnético». Los alumnos se estrujaron el cerebro mientras ordenaban sus ideas.
Por cierto, este principio de la inducción electromagnética no solo se usa en la carga inalámbrica: también está en la carga de los cepillos de dientes eléctricos, en las cocinas de inducción, en las tarjetas de transporte con chip… ¡está por todas partes en nuestra vida cotidiana!
Y aquí, como extra, hice que se encendiera un LED mediante inducción mutua.
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