Electromagnetismo

Campo magnético

Fuerza sobre un
  conductor rectilíneo

La balanza de
corriente

La rueda de Barlow

Corriente rectilínea

El solenoide

Fuerza sobre una porción de conductor rectilíneo

Actividades

Intensidad de la corriente

La intensidad de la corriente eléctrica es la carga que atraviesa la sección normal S del conductor en la unidad de tiempo. En el estudio del motor iónico vimos el significado de flujo másico y flujo de carga o intensidad

Sea n el número de partículas por unidad de volumen, v la velocidad media de dichas partículas, S la sección del haz y q la carga de cada partícula. La carga Q que atraviesa la sección normal S en el tiempo t, es la contenida en un cilindro de sección S y longitud v·t.

Carga Q= (número de partículas por unidad de volumen n)·(carga de cada partícula q)· (volumen del cilindro Svt)

Dividiendo Q entre el tiempo t obtenemos la intensidad de la corriente eléctrica.

La intensidad es el flujo de carga o la carga que atraviesa la sección normal S en la unidad de tiempo, que será el producto de los siguientes términos:

• Número de partículas por unidad de volumen, n
• La carga de cada partícula, q.
• El área de la sección normal, S
• La velocidad media de las partículas,v.

Fuerza sobre una porción de conductor rectilíneo.

En el espectrómetro de masas o en el ciclotrón, ya hemos estudiado la fuerza que ejerce un campo magnético sobre un portador de carga, y el movimiento que produce.

En la figura, se muestra la dirección y sentido de la fuerza que ejerce el campo magnético B sobre un portador de carga positivo q, que se mueve hacia la izquierda con velocidad v.

Calculemos la fuerza sobre todos los portadores (nSL) de carga contenidos en la longitud L del conductor.

El vector unitario u_t=v/v tiene la misma dirección y sentido que el vector velocidad, o el sentido en el que se mueven los portadores de carga positiva.

En el caso de que el conductor no sea rectilíneo o el campo magnético no se constante, se ha de calcular la fuerza sobre un elemento de corriente dl

• Las componentes de dicha fuerza dF_x y dF_y
• Se ha de comprobar si hay simetría de modo que alguna de las componentes sea nula
• Finalmente, se calculará por integración las componentes de la fuerza total F

Actividades

Para demostrar la fuerza que ejerce un campo magnético sobre una corriente eléctrica se construye un dispositivo consistente en un potente imán que produce un campo de 500 gauss o B=0.05 T, sobre cuyo polo norte se pegan dos raíles hechos con láminas de cobre. La porción de conductor es una varilla de cobre de L=15 cm de longitud.

La corriente se suministra mediante una descarga en arco de i=60 A. La fuerza sobre la varilla es (la corriente y el campo son perpendiculares).

F_m=iBL=0.05·60·0.15=0.45 N

Si la masa de la varilla es de 1.35 g. Su aceleración es de 333.3 m/s². Las elevadas aceleraciones conseguidas podrían sugerir que se podría emplear la varilla como proyectil de un cañón electromagnético.

La velocidad de la varilla al final de los raíles de 50 cm es

Se introducen los siguientes datos en los controles de edición

• Campo magnético (gauss)
• Intensidad de la corriente (A)
• Longitud de la varilla, entre 5 y 20 cm
• Masa de la varilla (g)

y se pulsa el botón titulado Empieza, se observa el movimiento de la varilla. En la parte superior del applet, se nos informa de la posición y velocidad de la varilla en función del tiempo.

Pulsando en el botón titulado Pausa, se detiene el movimiento y se muestra el vector campo B, el sentido de la corriente, y el vector fuerza F sobre la varilla. Para que la varilla continúe su movimiento se pulsa el mismo botón titulado ahora Continua.