Efecto Oersted: Observaciones y conclusiones sobre corriente, campo magnético y brújula

Materiales

Aparato de Oersted, fuente de voltaje, brújula, conectores, tester (multímetro), cocodrilos y agujas imantadas.

Resultados

Observaciones obtenidas

Luego de experimentar, vimos que:

• La aguja de la brújula se mueve en una dirección cuando se enciende la fuente de voltaje, es decir, cuando circula corriente eléctrica (primera situación).
• Cuando se acerca más la brújula al aparato de Oersted, la aguja se mueve con mayor amplitud.
• Al cambiar los conectores de lugar en la fuente de voltaje (invertir la polaridad), la aguja de la brújula se mueve en la dirección contraria a la observada en la primera situación.
• Si colocamos la aguja de la brújula en paralelo con el aparato de Oersted, el movimiento observado es similar al de la primera situación. En cambio, si la disponemos en perpendicular con respecto al aparato de Oersted, no se aprecia movimiento significativo (situación segunda y situación tercera).
• Si se cambian los conectores de lugar, no ocurre un cambio distinto en las situaciones segunda y tercera (la inversión de polaridad afecta la dirección del efecto, pero las tendencias relativas se mantienen).
• Si ponemos dos agujas imantadas de dos brújulas en serie en el aparato de Oersted, la que se encuentra arriba gira en un sentido mientras que la que está abajo lo hace en el sentido opuesto. Si se invierte la polaridad, la brújula de arriba se comporta como la de abajo y la de abajo como la de arriba.

Cálculos e interpretaciones de los resultados

Cálculos

No se realizaron cálculos durante las experiencias en el laboratorio porque el trabajo fue de carácter cualitativo.

Interpretación de los resultados

• Cuando se acerca la brújula al aparato de Oersted, el campo magnético creado por la corriente en el circuito es más intenso en la posición de la aguja, por lo que ésta se deflecta con mayor amplitud. El circuito con corriente genera un campo magnético alrededor del conductor; la corriente proviene de la fuente de voltaje.
• Al invertir los conectores de la fuente (cambiar la polaridad), se invierte el sentido de la corriente eléctrica y, por tanto, la dirección del campo magnético alrededor del conductor; esto hace que la aguja de la brújula se desplace en sentido opuesto.
• El efecto sobre la aguja puede explicarse mediante el producto vectorial entre el momento magnético de la aguja y el campo magnético local. La magnitud del torque es proporcional a |μ × B| = μ B sinθ, donde θ es el ángulo entre el momento magnético de la aguja y el campo magnético. Si θ = 0° (momento y campo paralelos), sinθ = 0 y el torque es nulo, por lo tanto no hay rotación. Si θ = 90° (momento y campo perpendiculares), el torque es máximo y la aguja se mueve más. Este principio permite entender por qué la orientación relativa de la aguja y del campo influye en la respuesta observada. La inversión de la corriente cambia la dirección de B y, consecuentemente, el sentido del torque sobre la aguja.

Conclusiones

En este trabajo se evidencia la íntima relación entre la electricidad y el magnetismo: el electromagnetismo surge como conexión entre ambos fenómenos. Un campo magnético puede estar asociado a una corriente eléctrica, y la variación de campos eléctricos y magnéticos está relacionada por las leyes de Faraday y de Ampère-Maxwell.

El electromagnetismo fue completado teóricamente por Maxwell mediante las ecuaciones que llevan su nombre, las cuales integran y amplían las leyes previas. Es importante destacar:

• Los campos eléctricos están relacionados con diferencias de potencial (voltaje): en general, un mayor voltaje puede generar un campo eléctrico más intenso.
• Los campos magnéticos son generados por corrientes eléctricas: una corriente mayor produce, en muchas configuraciones, un campo magnético más fuerte.
• Un campo eléctrico puede existir aun sin corriente (por ejemplo, entre dos conductores a diferente potencial). Cuando hay corriente, la magnitud del campo magnético dependerá de la corriente que circula en el circuito; la intensidad del campo eléctrico derivada del voltaje aplicado dependerá de la configuración y de las condiciones del circuito.

En conclusión, un campo electromagnético es el campo producido por cargas en movimiento (corrientes) y por variaciones de campos eléctricos, y afecta a partículas con carga eléctrica y a dipolos magnéticos, como las agujas de una brújula. Los resultados experimentales observados concuerdan con la expectativa teórica de que la corriente produce un campo magnético cuya dirección y magnitud determinan la respuesta de objetos magnetizados en su vecindad.