Analogía de una carrera de obstáculos
Imagine un programa de juegos que involucre una carrera de obstáculos donde dos concursantes caminan a lo largo de vigas de equilibrio paralelas sobre hoyos de bloques de espuma. Las manos de los concursantes tienen cuerdas atadas entre sí mientras caminan por la viga. Cuando caminan en la misma dirección a lo largo de las vigas de equilibrio, comienzan a tirar de las cuerdas en un esfuerzo por sacar al otro competidor de su viga. Esta es una analogía aproximada de lo que sucede con los cables conductores de corriente que son paralelos entre sí. Los cables portadores de corriente generan campos magnéticos en las ubicaciones de otros cables portadores de corriente, lo que ejerce fuerzas sobre ellos.
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Generación de campo magnético
Una carga estacionaria crea un campo eléctrico a su alrededor. Cuando esa carga se mueve, crea un campo magnético a su alrededor. La magnitud de ese campo se da en la Ecuación 1.
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- B es la fuerza (magnitud) del campo magnético en teslas (T).
- μ o es una constante igual a 4π x 10 -7 tesla-metros-por-amperio (Tm / A).
- I es la corriente a través del cable en amperios (A).
- r es la distancia entre los cables en metros (m).
El diagrama 1 muestra una configuración en la que dos cables son paralelos y llevan corriente en la misma dirección.
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Para determinar la dirección de los campos magnéticos generados por los cables que transportan corriente, tenemos que usar un truco llamado regla de la mano derecha. Para determinar el campo magnético creado por un cable en la ubicación del segundo cable, enrolle su mano derecha alrededor del cable con el pulgar apuntando en la dirección del flujo de corriente. Imagine que ha dibujado varias flechas cortas en el dorso de la mano que apuntan desde la muñeca a la punta del dedo índice, como se muestra en el Diagrama 2. Esas flechas apuntan en la dirección del campo magnético.
Imagenología Médica: rayos X, resonancia magnética
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Suponemos que se trata de un flujo de corriente de carga positiva. Si se trata de una corriente portadora de carga negativa, el campo magnético estaría en direcciones opuestas.
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Lección sobre la fuerza magnética: definición y ejemplos
Podemos ver que el campo magnético consta de anillos alrededor del cable. Veamos una vista de cerca de cómo el campo magnético envuelve el cable como se muestra en el Diagrama 3.
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El punto significa que el campo magnético está saliendo de la pantalla y la X significa que el campo magnético está apuntando a la pantalla.
Fuerza magnética en alambres paralelos
La ecuación 2 se utiliza para determinar la magnitud de la fuerza sobre un cable debido al campo magnético producido por un cable paralelo que lleva corriente.
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- F es la fuerza ejercida sobre el alambre en newtons (N).
- I es la corriente en amperios (A).
- L es la longitud del cable en metros (m).
- B es el campo magnético en la ubicación del cable en tesla (T).
- θ es el ángulo entre la línea trazada entre los cables y el cable mismo en grados. Para alambres paralelos θ = 90 o.
La fuerza es un vector, lo que significa que debe tener una magnitud (número) y una dirección asociada. Para determinar la dirección de la fuerza en un cable portador de corriente en un campo magnético, usamos otra versión de la regla de la mano derecha. Coloque la mano plana con el pulgar perpendicular a la palma. Piense en el clásico gesto de la mano de «detenerse, no moverse». Para conocer la dirección de la fuerza que actúa sobre un cable, señale con los dedos con la «mano de la señal de alto» en la dirección de la corriente. Doble los dedos en la dirección del campo magnético producido por el otro cable. Su pulgar apunta a la dirección de la fuerza magnética.
Ejemplo
Trabajemos con un ejemplo en el que queremos determinar qué sucede con ambos cables en el Diagrama 4.
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Lo primero que debemos hacer es calcular el campo magnético en cada cable.
El campo magnético en el cable 1 es
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y el campo magnético en el cable 2 es
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Ahora podemos calcular la fuerza en cada cable.
La fuerza magnética en el cable 1 es
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y la fuerza magnética en el cable 2 es
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Todo lo que nos queda por hacer es determinar la dirección de cada fuerza en ambos cables.
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Para el cable 1, apunte los dedos de la mano derecha hacia la derecha, asegurándose de que la palma de la mano mire hacia la pantalla y doble los dedos hacia la pantalla. El pulgar apunta hacia arriba. Para el cable 2, apunte los dedos de la mano derecha hacia la derecha asegurándose de que la palma de la mano no esté mirando hacia la pantalla, y doble los dedos fuera de la pantalla. El pulgar apunta hacia abajo. Esto nos muestra que los cables están forzados entre sí.
Así que, al igual que nuestros dos competidores en nuestra analogía se enfrentaron mientras caminaban sobre una viga de equilibrio, la fuerza magnética entre dos conductores paralelos empuja los cables uno hacia el otro si sus corrientes se mueven en la misma dirección.
Resumen de la lección
Las cargas en movimiento generan campos magnéticos. La fuerza del campo magnético se puede calcular con la Ecuación 1.
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La regla de la mano derecha en la que apuntas con el pulgar en la dirección de la corriente portadora de carga positiva y envuelves los dedos alrededor del cable determina la orientación del campo magnético generado por ese cable. Los puntos significan que el campo apunta hacia la pantalla y las X significan que el campo apunta hacia fuera de la pantalla.
Si más de un cable portador de corriente está cerca de otro cable portador de corriente, todos sentirán una fuerza magnética. La magnitud de la fuerza está determinada por la Ecuación 2.
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La regla de la mano derecha en la que mantiene la mano en la posición clásica de « parada », señala con los dedos en la dirección de la corriente y luego los dobla en la dirección del campo magnético permite que el pulgar apunte en la dirección de la fuerza en ese cable.
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