Electricidad

Efecto Oesterd:

Observemos de acuerdo con lo que hemos estudiado, que hay un paralelismo sugestivo entre electricidad y magnetismo: polos magnéticos de igual nombre se repelen y de distinto nombre se atraen; cargas de distinto signo se repelen y de distinto signo se atraen: al hablar de imanes hemos nombrado polo norte y polo sur y al estudiar electricidad nos hemos referido a polo positivo y polo negativo. En 1819, el físico Juan Cristian Oersted demostró la vinculación entre los fenómenos eléctricos y magnéticos realizando la siguiente experiencia:

En las proximidades de una aguja imanada orientada en el campo magnético terrestre, coloco un conductor rectilíneo paralelo al eje de la aguja y comprobó que al circular la corriente eléctrica la aguja se desviaba de su posición de equilibrio.

Esta experiencia de oersted vinculando los fenómenos eléctricos y magnéticos dio origen al electromagnetismo.

Como la corriente eléctrica se produce por desplazamiento de cargas eléctricas, podemos decir: Las cargas eléctricas en movimiento crean un campo magnético.

Este fenómeno se designa con el nombre de efecto Oersted.

Ley de Biot-Savart:

Indica el campo magnético creado por corrientes eléctricas estacionarias.

En el caso de las corrientes que circulan por circuitos filiformes (o cerrados), la contribución de un elemento infinitesimal de longitud del circuito recorrido por una corriente crea una contribución elemental de campo magnético, , en el punto situado en la posición que apunta el vector a una distancia r respecto de , quien apunta en dirección a la corriente I:

donde μ0 es la permeabilidad magnética del vacío, y es un vector unitario.

En el caso de corrientes distribuidas en volúmenes, la contribución de cada elemento de volumen de la distribución, viene dado por

donde es la densidad de corriente en el elemento de volumen y es la posición relativa del punto en el que queremos calcular el campo, respecto del elemento de volumen en cuestión.

En ambos casos, el campo final resulta de aplicar el principio de superposición a través de la expresión B=∫dB

En la que la integral se extiende a todo el recinto que contiene las fuentes del campo.

La ley de Biot-Savart es fundamental en magnetostática tanto como la ley de Coulomb lo es en electrostática.

Fuerza magnética entre conductores:

La fuerza magnética que actúa sobre un conductor que transporta corriente cuando este se sitúa en un campo magnético externo. Puesto que una corriente en un conductor establece su propio campo magnético es sencillo entender que dos conductores que lleva corriente ejerce fuerzas magnéticas entre sí. Como se verá dichas fuerzas pueden utilizarse como la base para definir el ampere y el Coulomb.

Considere dos largos alambres paralelos rectos separados por una distancia a y que conduce las corrientes I1 y I2 en la misma dirección como se muestra en la figura 5.17. Se puede determinar la fuerza ejercida sobre un alambré debido a un campo magnético establecido por el otro alambré. El alambre 2 el cual conduce una corriente I2 crea un campo magnético B2 en la posición del alambre 1. la dirección de B2 es perpendicular al alambre 1, como se muestra en la figura 5.17. De acuerdo con la ecuación 5.3 la fuerza magnética sobre una ecuación l del alambré 1 es . Puesto que l es perpendicular a B2 en esta ecuación, la ecuación de F1 es . Como la ecuación de B2 está dada por la ecuación se ve que

la dirección de F1 es hacia el alambre 2 , pues lxB2 está en dicha dirección. Si se calcula el campo establecido en el alambre 2 por el alambre 1, la fuerza F2 que actúa sobre el alambre 2 es igual en magnitud y opuesta en dirección a F1. Esto es lo que se esperaba porque la tercera ley de newton se debe obedecer.

Cuando las corrientes están en direcciones opuestas, las fuerzas se invierten y los alambres se repelen uno a otro. Por tanto, se encuentra que conductores paralelos que llevan corrientes en la misma dirección se atraen entre si y conductores paralelos que portan corrientes en direcciones opuestas se repelen entre sí.

Ya que las magnitudes de las fuerzas son las mismas en ambos alambres la magnitud de la fuerza magnética entre los alambres se denota simplemente FB. Esta magnitud se puede describir en términos de la fuerza por unidad de longitud:

La fuerza entre dos alambres paralelos se usa para definir el ampere de la manera siguiente;

Cuando la magnitud de la fuerza por unida de longitud entre dos largos alambres paralelos que conducen corrientes idénticas y están separados por 1m es de 2x10-7 N/m, la corriente en cada alambre se define como 1 A.

El valor 2x10-7N/m se obtiene de la ecuación 5.17, con I1 = I2 = 1A y a =1m. Puesto que esta definición está basada en una fuerza, es posible utilizar una medida mecánica para estandarizar el ampere. Por ejemplo el Instituto Nacional de Estándares y tecnología de estados unidos utiliza un instrumento llamado balanza de corriente para mediciones de corriente primaria. Estos resultados se utilizan luego para estandarizar otros instrumentos más convencionales como los amperímetros.

La unidad de carga del SI,

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