Comprensión de las fuerzas en los cables portadores de corriente en campos magnéticos

Campos magnéticos

¿Qué hace que algo sea magnético? Aunque la gente ha utilizado imanes naturales durante miles de años, no entendimos cómo crear un campo magnético hasta hace unos 200 años.

En 1819, un científico y profesor danés llamado Hans Christian Oersted estaba demostrando cómo crear una corriente en un cable conectándolo a una batería cuando se dio cuenta de que una brújula magnética situada cerca del cable giraba cada vez que se conectaba el cable. la batería. Rápidamente se dio cuenta de que la corriente en el cable estaba creando un campo magnético que afectaba a la brújula.

Si un cable portador de corriente puede crear un campo magnético, ¿cree que un campo magnético también afecta a un cable portador de corriente? ¡Por supuesto! Cuando cualquier cable portador de corriente se coloca en un campo magnético, el campo magnético ejerce una fuerza sobre el cable. La intensidad del campo magnético se mide comúnmente en unidades de Tesla, que se abrevia T.

1 T = 1 kg / s 2 * A

Cable portador de corriente recto

Cuando un cable conductor de corriente largo y recto se coloca en un campo magnético, experimentará una fuerza proporcional a la fuerza del campo, la cantidad de corriente y la longitud del cable. Puedes ver cómo se desarrolla esto en esta imagen:

Por lo tanto, la magnitud de la fuerza magnética en un cable portador de corriente viene dada por:

La dirección del campo magnético se puede encontrar usando la regla de la mano derecha. Para determinar la dirección, levante la mano derecha (¡la izquierda no funcionará!). Apunte su dedo índice en la dirección de la corriente y su dedo medio en la dirección del campo. Su pulgar apuntará en la dirección de la fuerza magnética.

Veamos un ejemplo. El cable que se muestra está levitando por un campo magnético. ¿Cuál es la magnitud y la dirección del campo magnético necesario para hacer levitar este cable?

Primero, determine qué fuerza magnética se debe ejercer sobre el cable. Si el cable está suspendido en el aire, hay dos fuerzas que actúan sobre él. Existe la fuerza de gravedad hacia abajo y una fuerza hacia arriba debido al campo magnético. Por lo tanto, la fuerza magnética que actúa hacia arriba sobre el cable debe ser igual a la fuerza de gravedad que actúa hacia abajo.

Ahora, puede calcular la magnitud del campo magnético requerido para ejercer esta fuerza, asegurándose de usar la fórmula que exploramos anteriormente. Para obtener la fuerza máxima con el campo magnético más pequeño, el campo debe ser perpendicular a la dirección de la corriente.

Finalmente, use la regla de la mano derecha para encontrar la dirección del campo magnético. Use su mano derecha y apunte su dedo índice en la dirección de la corriente (izquierda) y su pulgar en la dirección de la fuerza (arriba). Luego, su dedo medio apuntará en la dirección en la que se debe dirigir el campo.

Finalmente, use la regla de la mano derecha para encontrar la dirección del campo magnético. Use su mano derecha y apunte su dedo índice en la dirección de la corriente (izquierda) y su pulgar en la dirección de la fuerza (arriba), luego su dedo medio apuntará en la dirección en la que se debe dirigir el campo. Entonces, para hacer levitar este cable portador de corriente, necesitaría un campo magnético de 0.065 T dirigido hacia afuera en la dirección + z .

Dos cables portadores de corriente en paralelo

Ahora sabe que un cable portador de corriente puede crear un campo magnético y experimentar una fuerza debido a un campo magnético. Entonces, ¿qué crees que pasaría si colocas dos cables portadores de corriente uno cerca del otro y en paralelo?

¡Cada cable crea un campo magnético que ejerce una fuerza sobre el otro cable! Esto hará que los cables se atraigan entre sí o se repelan entre sí. Si la corriente en los cables está en la misma dirección, entonces los cables ejercerán fuerzas de atracción entre sí. Sin embargo, si la corriente en uno de los cables está en la dirección opuesta a la corriente en el otro cable, entonces los cables se repelerán entre sí.

Esta ecuación incluye la constante, la permeabilidad magnética del espacio libre, abreviada por la letra griega mu. El valor de esta constante es:

1,26 x 10 -6 T * m / A.

Si dos cables de 1.0 m de largo están separados por 1 cm (0.01 m) y son paralelos entre sí y ambos transportan una corriente de 20 A en la dirección x positiva , ¿cuál es la fuerza magnética ejercida entre ellos?

Debido a que los cables transportan una corriente en la misma dirección, la fuerza será atractiva y puede usar la ecuación anterior para calcular la magnitud de esta fuerza. Como puede ver, tenemos:

Bucles de corriente

¿Qué sucede si dobla el cable recto en un bucle? Los diferentes lados del bucle experimentan fuerzas en diferentes direcciones porque la corriente fluye en diferentes direcciones. Si la fuerza se ejerce hacia arriba en un lado del bucle, se ejercerá hacia abajo en el otro lado. Esto significa que la fuerza neta en un bucle de corriente en un campo magnético será cero. Sin embargo, estas fuerzas aún pueden crear un par que hará que el bucle gire. De hecho, ¡esta es la base de cómo funcionan los motores eléctricos!

Resumen de la lección

Tomemos un momento o dos para recapitular la información importante que hemos aprendido sobre la comprensión de las fuerzas en los cables portadores de corriente dentro de los campos magnéticos. En pocas palabras, los cables que transportan corriente crean campos magnéticos y también experimentan una fuerza cuando se colocan en un campo magnético.

Para un cable largo y recto en un campo magnético, la fuerza magnética ejercida sobre él viene dada por la fórmula:

Cuando dos cables conductores de corriente están paralelos entre sí, ejercerán fuerzas magnéticas entre sí porque ambos crean campos magnéticos. Si el cable se dobla en un bucle, la fuerza neta que actúa sobre él será cero, pero aún puede haber un par que haga que el cable gire.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador