Espira

Un conductor cerrado plano se llama espira. Si una espira se coloca en una región del espacio en la que existe un B uniforme, se ve sometida a una fuerza dada por la expresión para la fuerza sobre un conductor no rectilíneo obteniendo en este caso que:

ya que la suma de todos los vectores dl sobre una trayectoria cerrada es nula. Es decir:

.

La fuerza neta ejercida por un campo B uniforme sobre un circuito cerrado de corriente es nula.

Sin embargo la espira no permanece en reposo ya que el momento ejercido por las fuerzas magnéticas es distinto de cero. Según la ecuación de la dinámica de rotación, este hecho provoca un giro en la espira de modo que la aceleración angular adquirida sea paralela al momento de las fuerzas.

Analizamos como ejemplo el movimiento de una espira rectangular.

Espira rectangular

Sea una espira rectangular de lados a y b situada en un campo magnético B uniforme, contenido en el plano de la espira. Calculamos la fuerza neta que ejerce el campo sumando la fuerza sobre cada uno de los lados. La fuerza es nula sobre cada uno de lados a, por ser el campo paralelo al conductor.

Aplicamos la expresión para la fuerza sobre un conductor rectilíneo para cada lado b (lado 1 y lado 2):

El resultado es un par de fuerzas, (igual módulo y sentido opuesto), que ejercen un momento (τ) con respecto al centro del lado a, tal y como se muestra en la imagen frontal de la espira. Como los momentos ejercidos por ambas fuerzas tienen el mismo sentido, el módulo del momento resultante vendrá dado por la expresión:

donde A es el área de la espira.

Debido al momento resultante de las fuerzas la espira aquiere una aceleración angular paralela a dicho momento y se produce una rotación.

Pasemos a generalizar este resultado cuando el campo B no está contenido en el plano de la espira.

Momento magnético de una espira μ

Definimos una mueva magnitud, llamada momento magnético de la espira μ que es independiente del campo magnético y que sólo tiene en cuenta las características del conductor (intensidad de corriente y área). El vector área A tiene de módulo el área de la espira, dirección perpendicular al plano que la contiene y sentido el que da la regla de la mano derecha según el sentido de la corriente eléctrica:

Las unidades del μ en el S.I. son Am²

La expresión general para el momento de las fuerzas queda:

que coincide con el resultado obtenido en el ejemplo anterior cuando μ y B son perpendiculares.

El momento de las fuerzas, y por tanto, la aceleración angular dependerá del ángulo θ entre μ y B; si la espira está colocada con su momento paralelo al campo, es decir, el plano de la espira es perpendicular al campo, el momento de las fuerzas es nulo y por tanto la espira no sufre ninguna rotación.

Como resumen se puede enunciar que debido al momento de las fuerzas magnéticas:

una espira en un campo magnético B adquiere una aceleración angular, es decir, gira, de modo que su momento magnético μ tiende a colocarse paralelo al campo magnético.

Este constituye el principio de funcionamiento de los motores eléctricos.