Rodrigo Ricardo

Problemas de práctica de campos y fuerzas magnéticas

Publicado el 9 octubre, 2020

Jugando con campos

¿Recuerdas haber jugado con barras magnéticas? Tal vez notó que los imanes aparentemente se movían solos si los alineaba paralelos entre sí. Según qué extremos estaban alineados, notó que los imanes se movían en diferentes direcciones. De hecho, estabas jugando con los campos magnéticos invisibles generados por esas piezas de metal. Algo muy parecido ocurre con los cables conductores de corriente. Es una aplicación de la ley de Ampere , que se ocupa del campo magnético generado por una carga eléctrica que se mueve a través de un circuito cerrado. En esta lección, vamos a discutir la corriente que fluye a través de cables paralelos largos.

Campos magnéticos cerca de cables eléctricos

En lecciones anteriores, aprendió que las cargas eléctricas en movimiento generan campos magnéticos. Los cables eléctricos transportan corriente eléctrica; por lo tanto, los campos magnéticos se generan alrededor de los cables si llevan corriente. La fuerza del campo magnético generado por un cable largo que transporta corriente está determinada por nuestra primera ecuación.


Ecuación 1
Ecuación 1

  • B es la fuerza del campo magnético en teslas (T)
  • μ o es la constante 4π x 10 -7 tesla-metros-por-amperio (Tm / A)
  • I es la corriente eléctrica en el cable en amperios (A)
  • r es la distancia desde el cable en metros (m)

El campo magnético se irradia en bucles alrededor del cable. La dirección del campo magnético en relación con la dirección de la corriente se puede determinar mediante una variación de la regla de la mano derecha. Apunta con el pulgar derecho en la dirección de la corriente y sus dedos se enroscan alrededor del cable. Cuando sus dedos se curvan de esta manera, puede ver la dirección en la que fluye el campo. Si dobla los dedos en segmentos, puede ver en qué dirección apunta el campo magnético en todos los lados del cable. En estas imágenes, usaremos un punto para representar cuando el campo magnético fluye fuera de la pantalla y una X para representar cuando entra en la pantalla.


Campos magnéticos
RHR_wires

Podemos ver que en el lado izquierdo del cable el campo magnético apunta fuera de la pantalla, y en el lado derecho del cable el campo magnético apunta hacia la pantalla. Esto es para portadores de carga positivos. Para los portadores de carga negativos, el campo magnético es opuesto. En una situación de portador de carga negativa, puede apuntar con el pulgar en la dirección opuesta a la corriente y aún usar los dedos curvados para determinar la orientación del campo magnético.

Si dos cables que transportan corriente se colocan uno cerca del otro, ambos sienten una fuerza magnética debido al campo magnético del otro. Tenemos que usar otra versión de la regla de la mano derecha para determinar la dirección de las fuerzas en los cables. El dedo índice derecho apunta en la dirección de la velocidad, el dedo medio apunta en la dirección del campo magnético y el pulgar apunta en la dirección de la fuerza sobre el cable.

F

Nuevamente, esto es para cargas positivas. La fuerza actúa de manera opuesta para cargas negativas. Veamos el escenario en el que la corriente se dirige en direcciones opuestas en cada cable.


Los cables que transportan corriente en direcciones opuestas se separan
opuesto

Usamos la regla de la mano derecha para los cables para determinar la orientación del campo magnético en el otro cable. Para el cable del lado derecho, la corriente apunta hacia abajo. Por lo tanto, señala con el dedo derecho hacia abajo. El campo magnético apunta a la pantalla. Por lo tanto, el dedo medio derecho apunta a la pantalla. El pulgar ahora apunta a la derecha. El mismo proceso se aplica al otro cable y vemos que dos cables con corrientes opuestas se separan.

De la misma manera, podemos demostrar que los cables que tienen corrientes en la misma dirección se empujan entre sí.


Corrientes en la misma dirección
same_current_dir

Resumen de la lección

Los cables con carga eléctrica generan campos magnéticos. La magnitud del campo viene dada por la ecuación:

Ecuación 1

La regla de la derecha para cables indica la dirección del campo magnético alrededor del cable:

rhr

Los cables paralelos que transportan corriente ejercen fuerzas magnéticas entre sí. Si las corrientes están en direcciones opuestas, los cables se separan. Si las corrientes están en la misma dirección, los cables se juntan. La otra versión de la regla de la mano derecha da la dirección de la fuerza en un cable debido a su corriente y al campo magnético generado por el otro cable portador de corriente.

rhr_summary

Ambas reglas de la derecha están diseñadas para cargas positivas. Para determinar el campo magnético de un portador de carga negativa, se pueden usar las reglas de la derecha, pero el campo magnético apunta en la dirección opuesta y la fuerza sobre una carga negativa apunta en la dirección opuesta.

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