Descripcion Cualitativa Del Campo Magnetico

Descripcion Cualitativa Del Campo Magnetico

Conductor recto.

Como se sabe cuando una partícula cargada en movimiento es expuesta en un campo magnético, se le aplica sobre esta carga una fuerza magnética, de igual manera cuando un alambre que conduce carga eléctrica cuando se expone a un campo magnético, también experimenta una fuerza sobre él, esto debido a que por el alambre pasa una corriente de partículas cargadas en movimiento, en consecuencia, la fuerza resultante que es ejercida sobre el alambre, es la suma de las fuerzas individuales que son ejercida a cada partícula cargada en movimiento, estas fuerzas presentes en las partículas, son trasmitidas al alambres por medio de las colisiones de estas partículas con los átomos del alambres.

Para poder comprender el fenómeno del campo magnético producido por una corriente eléctrica, es necesario ejemplificar, mediante el uso de una segmento recto de un alambre, el cual tiene una longitud l y tiene una ares transversal A, este alambre recto traslada una corriente I a través de un campo magnético uniforme B, digamos que el alambre se encuentra de manera perpendicular al campo magnético uniforme y el alambre tiene una curvatura (dirección) hacia la izquierda. Cualquier portador de una carga será ejercido por una fuerza de magnitud dada por Fmax⁡ = qvd B, en la cual vd es la velocidad de la carga en arranque, de una forma muy sencilla se puede obtener la fuerza total ejercida sobre el alambre por el campo, simplemente se debe multiplicar la fuerza ejercida sobre un portador de carga por el campo, por el número de portadores que están presentes en un segmento especifico del alambre o en la longitud total del alambre.

Como se puede entender, el volumen del segmento del alambre esta dado por Al(longitud), de manera que para deducir el número de portadores se utiliza la siguiente relación nAl(longitud), donde n es el numero de portadores de carga por unidad de volumen, utilizando las relaciones anteriores, se puede encontrar la magnitud de la fuerza magnética total ejercida sobre un alambre de longitud l, se utilizara la siguiente expresión:

Como la corriente que pasa a través del alambre está dada por I = nqvdB, se puede también encontrar la fuerza magnética máxima ejercida sobre el alambre de la siguiente manera:

Se debe resaltar que la formula anterior solo puede ser utilizada cuando el ángulo entre el campo magnético y la corriente eléctrica es recto.

Si el alambre no se encuentra de forma perpendicular y no se forma un ángulo recto entre la corriente y el campo magnético, se utiliza la siguiente expresión para encontrar la fuerza magnética máxima ejercida sobre un alambre:

El ángulo θ es el ángulo que se encuentra entre el campo magnético y la dirección de la corriente, la cual puede ser deducida por la regla numero uno de la mano derecha ya antes mencionada.


Conductor en Espiral.

Ahora utilicemos una espiral rectangular la cual traslada una corriente I a través de un campo magnético uniforme, las fuerza que están presentes en los extremos de la longitud base (imagínese un rectángulo como imagen con una basa y una altura) tienen un magnitud de cero, debido a que el alambre esta en forma paralele al campo magnético, pero para deducir la magnitud de la fuerza que está presente en los extremos de la longitud altura, está dada por:

Se sabe que la dirección de la fuerza F1 que se encuentra el lado izquierdo de la espiral, se dirige hacia la derecha, y la fuerza F2 que se encuentra en el lado derecho de la espiral, tiene una dirección hacia la izquierda (en este ejemplo y si tomamos la espiral con las características ya mencionadas), si la espiral se encuentra pivoteada de forma que podemos hacerla girar sobre el punto O, las fuerzas que se mencionaron anteriormente con las direcciones determinadas, producen un torque de manera que obligan a girar en sentido del las manecillas de reloj, la magnitud de torque máximo está dada por la siguiente expresión:

Donde a y b son las longitudes ya mencionadas (base, altura).

Ahora, como se sabe como el momento alrededor del bucle de O esta dado por a/2, la tasa de área de bucle está dada por la siguiente expresión A = ab, la siguiente expresión describe el par motor:

Esta expresión solo es correcta cuando el campo magnético de encuentra de forma paralela al plano de la espiral, de lo contrario se deberá utilizar la siguiente expresión:

Para encontrar el torque en una espiral con un número determinado de vueltas, se utiliza la siguiente expresión:


Solenoide.

Cuando un alambre recto se curve de manera que se forma varias espirales muy cercanas en forma de bobina, a esta estructura o dispositivo se le denomina solenoide o electroimán, esta estructura o dispositivo cuando se le aplica una corriente eléctrica, toma las propiedades de un imán, y cuando se le deja de aplicar una corriente eléctrica deja de tener estas propiedades hasta que se le vuelva a aplicar una corriente.

Si se tiene un solenoide enrollado con una longitud l y con un número total de vueltas de enrollamiento N, las líneas de campo de las bobinas están de forma paralelas y se encuentran perfectamente espaciadas pero bastantemente cerca, de forma que el campo interno del solenoide es fuerte y uniforme, mientras que el campo exterior de la bobina es mucho más débil que el campo interior y no es uniforme, se hecho se encuentra en dirección opuesta al campo interior.

Si las vueltas del embobinado están muy cercas entre sí, la line a de campo entra por un lado del solenoide y sale por el otro, creando el polo norte y el polo sur magnético de este.

Cuando la longitud del solenoide es mayor que el radio de este, las líneas que abandonan el extremo norte del embobinado se dispersan en una región grande antes de su regreso por el polo sur, esto produce un acampo magnético exterior débil ya que las líneas externas están muy separadas, pero esta campo exterior débil contrasta con el campo interior, el cual es fuerte debido a que no hay una gran separación entre la líneas, otra característica del campo interior, es que este conserva una magnitud constante en cualquier punto distanciado de los extremos de este, de manera que, la formula que describe al campo magnético interior del solenoide es la siguiente:

Donde n = N/ l es el numero de vueltas por unidad de longitud del solenoide.


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