Fuerza de un campo magnético en una corriente: fórmula y aplicación

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El triángulo de las Bermudas y las brújulas

Cristóbal Colón supuestamente notó un fenómeno extraño cuando navegaba por el Triángulo de las Bermudas, que es el área delimitada aproximadamente por el triángulo que conecta el sur de Florida, Bermudas y Puerto Rico. Notó que su brújula daba lecturas extrañas. Se han reportado muchos otros incidentes en esta área, y muchos de ellos tratan de perderse debido a posibles irregularidades en la brújula.

Las brújulas funcionan según el principio de una pequeña aguja magnética que se alinea con el campo magnético de la Tierra. La causa de los extraños sucesos de la brújula en el Triángulo de las Bermudas todavía está bajo investigación (y en su mayoría está inflada por el mito), pero sabemos que la corriente eléctrica en los cables se ve afectada por campos magnéticos.

Campos magnéticos y corriente

Una brújula se comportará de manera extraña, tal vez como la brújula de Colón, si está en presencia de un cable portador de corriente. Una corriente eléctrica es la transferencia de energía eléctrica a través de un conductor, generalmente un alambre de metal. Si ese cable está en un campo magnético, se ejerce una fuerza sobre el cable. En los diagramas, las X se utilizan para representar el campo magnético que apunta hacia la pantalla, y los puntos se utilizan para representar el campo magnético que apunta hacia fuera de la pantalla.

Un cable conduce corriente (I) a la derecha. Izquierda: las X representan un campo magnético que apunta a la pantalla, perpendicular al cable. Derecha: los puntos representan un campo magnético que apunta hacia afuera de la pantalla, perpendicular al cable.
revisado
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La única forma en que se ejercerá una fuerza sobre el cable es si el cable NO está paralelo al campo magnético. La fuerza sobre un cable portador de corriente en un campo magnético es máxima cuando el cable es perpendicular al campo magnético. La magnitud de la fuerza se puede determinar mediante la ecuación:

E1

Dónde:

  • n es el número de haces en un cable.
  • I es la corriente a través del cable en amperios (A).
  • L es la longitud del cable en el campo magnético en metros (m)
  • B es la fuerza (magnitud) del campo magnético en tesla (T).
  • θ es el ángulo que forma el haz con el campo magnético en grados.
En un haz de cables de cobre, n sería el número de vueltas de cable.
haz

Vamos a tratar sólo con θ, el ángulo del hilo, igualando 0 o o 90 o . El seno de 0 o es 0 (lo que significa que la corriente es paralela al campo magnético) y el seno de 90 o es 1 (lo que significa que la corriente es perpendicular al campo magnético).

Dado que la fuerza es un vector, debemos incluir la dirección de la fuerza. La regla de la mano derecha nos dice de qué manera actúa la fuerza. Tome su mano derecha y haga una L hacia atrás con su dedo índice y pulgar. Tu palma debe estar de espaldas a ti. Ahora saque el dedo medio de manera que quede perpendicular tanto al dedo índice como al pulgar.

Disposición de la mano derecha para la regla de la mano derecha
rhr

El dedo índice apunta hacia la dirección del flujo portador de carga positivo (corriente), el dedo medio apunta en la dirección del campo magnético y el pulgar apunta en la dirección de la fuerza. Si los portadores de carga son negativos, la fuerza actuará en la dirección opuesta del pulgar.

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Si su dedo índice apunta hacia la derecha, su dedo medio apunta a la pantalla y el pulgar apunta hacia arriba, significa que la fuerza sobre el cable aumentaría.

La fuerza en el cable ha aumentado
F

Aplicaciones

Este es un fenómeno interesante, pero ¿cómo puede ser útil? Bueno, una corriente que fluye a través de un campo magnético en ángulo recto hará que gire, lo cual es importante en los motores. Los motores eléctricos hacen girar las aspas del ventilador, hacen que los taladros hagan girar las brocas e incluso se utilizan en los coches para girar las ruedas.

Otra aplicación del fenómeno de una fuerza que se ejerce sobre un cable portador de corriente en un campo magnético es un espectrómetro de masas. Un espectrómetro de masas es un dispositivo que separa las partículas cargadas (iones) de un material en función de su masa. Esto ayuda a identificar la sustancia, ya sea agua, el residuo químico de un explosivo o cualquier otra sustancia.

Resumen de la lección

La corriente eléctrica es el flujo de carga a través de un conductor, que puede ser un cable. Si el cable que transporta la corriente está en un campo magnético, puede experimentar una fuerza si está en cualquier ángulo con respecto al campo magnético que no sea paralelo a él. La fuerza magnética es máxima a 90 o . La siguiente ecuación puede determinar la magnitud de la fuerza sobre el cable portador de corriente en el campo magnético:

Ecuación 1

  • n es el número de haces en un cable.
  • I es la corriente a través del cable en amperios (A).
  • L es la longitud del cable en el campo magnético en metros (m)
  • B es la fuerza (magnitud) del campo magnético en tesla (T).
  • θ es el ángulo que forma el haz con el campo magnético en grados.
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La dirección de la fuerza sobre el cable o haz de cables está determinada por la regla de la mano derecha , donde el pulgar indica la dirección de la fuerza, el dedo índice apunta hacia la dirección del flujo positivo del portador de carga (corriente) y el dedo medio apunta hacia la dirección del campo magnético. En los diagramas, las X se utilizan para representar el campo magnético que apunta a la pantalla, y los puntos se utilizan para mostrar el campo magnético fuera de la pantalla.

Las aplicaciones de este fenómeno son los motores eléctricos y los espectrómetros de masas , que separan las sustancias en sus iones por masa. Esto ayuda a identificar la sustancia.

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Rodrigo Ricardo Editor y fundador