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Electromagnetismo
Indice1.16. Interacción magnética de las corrientesLos fenómenos magnéticos eran conocidos aún en el mundo antiguo. La brújula fue inventada hace más de 4500 anos. Ella apareció en Europa aproximadamente en el siglo XII d.C. Sin embargo, solamente en el siglo XIX fue descubierta la relación entre la electricidad y el magnetismo y surgió el concepto de campo magnético. Los experimentos del físico danés H. Orsted (1820) fueron los primeros en mostrar que entre los fenómenos eléctricos y magnéticos se tiene una profunda relación. Estos experimentos mostraron que sobre la brújula, localizada cerca de un conductor con corriente, actuan fuerzas que tienden a girar la aguja. En este mismo ano, el físico francés A. Ampere observó la interacción de fuerzas de dos conductores con corrientes y estableció la ley de interacción de las corrientes. De acuerdo a los conceptos modernos, los conductores con corriente ejercen una fuerza unos sobre otros no directamente sino a través del campo magnético que los rodea. Las fuentes de campo magnético son las cargas eléctricas móviles (corriente). El campo magnético aparece en el espacio alrededor del conductor con corriente, de manera similar a como aparece el campo eléctrico alrededor de las cargas estáticas. El campo magnético de los imanes constantes también surge por microcorrientes eléctricas que circulan dentro de las moléculas de las substancias (hipótesis de Ampere). Los científicos del siglo XIX trataron de crear una teoría del campo magnético análogamente como en la electrostática introduciendo las llamadas cargas magnéticas de dos signos (por ejemplo los polos norte N y sur S de la aguja magnética). Sin embargo la experiencia muestra que las cargas magnéticas aisladas no existen. El campo magnético de las corrientes en principio se diferencia del campo eléctrico. El campo magnético, a diferencia del eléctrico, actúa solamente sobre las cargas en movimiento (corrientes). Para
describir el campo magnético hay que introducir una característica
de fuerza análoga al vector del campo eléctrico Como
dirección positiva del vector
Observe la analogía entre los campos magnéticos del imán y del solenoide con corriente. Las líneas del campo magnético siempre son cerradas y no se rompen en ningún punto. Esto significa que el campo magnético no tiene fuentes – cargas magnéticas. Los campos que tienen esta propiedad se denominan campos helicoidales. Una imágen de la inducción magnética se puede observar con ayuda de pequenas limaduras de hierro, las cuales en el campo magnético se emanan y como brújulas pequenas, se orientan a lo largo de las líneas del campo magnético. Para
describir cuantitativamente el campo magnético hay que
determinar no solamente la dirección del vector Esta
fuerza se denomina fuerza de Ampere.
Ella alcanza un valor máximo en módulo, El
módulo del vector campo magnético es igual a la relación del
valor máximo de la fuerza de Ampre que actúa sobre un conductor
rectilíneo con corriente, con la corriente
En
este caso la fuerza de Ampere se expressa de la siguiente manera:
A esta relación se suele llamar Ley de Ampere. En
el sistema SI por unidad de inducción magnética
se toma la inducción
del campo magnético, tal que sobre cada metro de longitud
de un conductor con corriente 1 A actúa una fuerza
de Ampere máxima de 1 N. Esta unidad se denomina Tesla (T).
El
Tesla es una unidad muy grande. El campo magnético de la tierra
es apenas aproximadamente La
fuerza de Ampere está dirigida perpendicularmente al vector inducción
magnética
Si
el ángulo a entre la dirección del vector Uno de los ejemplos más importantes de la interacción magnética de las corrientes es la interacción de las corrientes paralelas. Las reglas de este fenómeno fueron experimentalmente establecidas por Ampere. Si por dos conductores paralelos dos correintes fluyen en un mismo sentido, entonces se observa una atracción mutua de los conductores. Cuando fluyen en sentido contrario, los conductores se repelen. La interacción de las corrientes es provocada por sus campos magnéticos: el campo magnético de una corriente actúa por medio de la fuerza de Ampere sobre la otra corriente, y lo contrario. La
experiencia muestra que el módulo de la fuerza que actúa sobre
un sector de longitud D
En
el sistema SI el coeficiente de proporcionalidad donde
m0 es una magnitud constante que se denomina constante magnética. La introducción de la constante magnética
en el sistema SI simplifica las fórmulas. Su valor numérico es
La
fórmula que expresa la ley de la interacición magnética de las
corrientes paralelas toma la forma:
De
esta expresión no es dificil deducir la expresión para la inducción
del campo magnético de cada uno de los conductores rectilíneos.
El campo magnético de un conductor rectilíneo con corriente debe
tener simetría axial, y, por consiguiente, las líneas cerradas
de la inducción magnética pueden ser solamente circunferencias
concéntricas, distribuídas en los planos perpendiculares al conductor.
Esto significa que los vectores
Para
que, al interactuar magnéticamente, las corrientes paralelas
se atraigan y las antiparalelas se repelen, las líneas de inducción
magnética del campo del conductor rectilíneo deben tener dirección
de las manecillas del reloj mirándolas a lo largo del conductor
en dirección de la corriente. Para determinar la dirección del
vector
El dibujo 1.16.4 aclara la ley de interacción de corrientes paralelas. La interacción magnética de conductores paralelos con corriente se usa en el Sistema Internacional de Unidades (SI) para definir la fuerza de la corriente, el Ampere: Un ampere es la fuerza de una
corriente constante que al pasar por dos conductores paralelos
de longitud infinita y de sección transversal despreciable,
localizados a una distancia de 1 m uno del otro en el vacío,
provocaría entre estos conductores una fuerza de interacción
magnética igual a Ejemplo 1 En el dibujo se muestran dos conductores largos
paralelos, por los cuales fluyen respectivamente las corrientes
Los vectores
El campo magnético resultante
Reemplazando los valores numéricos de las condiciones
del ejercicio obtenemos El ángulo El ángulo entre el vector Ejemplo 2 Por dos rieles paralelos, separados una distancia
Sobre la varilla con corriente ![]() ![]()
Si el campo magnético
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