Explorando las Leyes del Electromagnetismo: Biot-Savart, Lorentz, Ampere y Más

BIOT-SAVART: El módulo del campo magnético B creado por una corriente rectilínea indefinida, en un determinado punto, es directamente proporcional a la intensidad de corriente

I e inversamente proporcional a la distancia s desde la corriente hasta el punto considerado: (*), siendo (μ) la permeabilidad magnética del medio. Las líneas de fuerza son círculos perpendiculares a la corriente rectilínea y con centro en esta, y su sentido coincide con el de un sacacorchos que gire de manera que avance en el mismo sentido que la corriente. La dirección del vector intensidad de campo B es tangente a las líneas de fuerza en cada punto y el sentido el mismo que estas.

Fuerza de Lorentz

LORENTZ: F=qvxB, donde q debe escribirse con el signo (+ o -). Cuando la carga se desplaza paralela al campo, la fuerza magnética es nula: F=qvBsen0°=0, y la partícula prosigue su movimiento sin sufrir ninguna perturbación. La fuerza magnética cambia la dirección en que se desplaza la carga, pero no modifica el módulo de la velocidad. Esto último se deduce de manera inmediata, teniendo en cuenta que la fuerza magnética es perpendicular a la velocidad, y normal a la trayectoria, de manera que produce una aceleración normal, lo que implica un cambio en la dirección de la velocidad, pero no del módulo. Consideremos una carga q moviéndose perpendicularmente a un campo magnético constante y uniforme. La fuerza magnética que actúa sobre ella, será normal a la trayectoria en cada instante, provocando que la partícula describa un MCU, al actuar como fuerza centrípeta, venciendo la tendencia inercial a moverse en línea recta y obligándola a describir una circunferencia; qvB=mv²/R.

Ley de Ampere

AMPERE: La circulación del campo magnético a lo largo de una

trayectoria cerrada cualquiera es igual al producto de la permeabilidad magnética del medio por la intensidad total que atraviesa el interior de la trayectoria. (*) La ley implica que, a diferencia de los campos gravitatorio y eléctrico, la circulación del campo magnético a lo largo de una trayectoria cerrada no es nula en general. El trabajo realizado por el campo eléctrico o gravitatorio, a lo largo de cualquier línea cerrada era 0. En consecuencia, el campo magnético no es conservativo. Los campos gravitatorio y eléctrico son creados por masas y cargas aisladas, respectivamente, y las líneas de campo son abiertas: en el campo gravitatorio las líneas van desde el infinito hasta las masas creadoras del campo, y en el campo eléctrico las líneas salen de las cargas + y entran en las -. Son ambos, campos creados por fuentes puntuales lo que origina que las líneas de campo sean abiertas. En el campo magnético las líneas de campo son siempre cerradas enlazando las corrientes eléctricas que crean el campo. No existen polos magnéticos aislados: un campo de este tipo, sin fuentes puntuales, se denomina solenoidal.

Inducción Electromagnética

FARADAY: E=-dΦ/dt. La f.e.m. inducida en un circuito es igual a la derivada con respecto al tiempo del flujo magnético que lo atraviesa.

LENZ: El signo - de la ley de Faraday se interpreta: La f.e.m. inducida en un circuito inerte origina una corriente de sentido tal, que se opone a la causa que lo produce. Dicha causa es siempre la variación del flujo magnético que atraviesa el circuito.

Líneas de Campo

LÍNEAS DE CAMPO: Son aquellas en las que el vector fuerza es tangente en cada punto, siendo su sentido de recorrido el mismo que el de la fuerza. Un campo eléctrico puede representarse gráficamente mediante líneas de fuerza. Se dibuja una línea de fuerza de manera que en cada uno de sus puntos la dirección del campo eléctrico E sea tangente. Además, las líneas de fuerza se trazan de forma que el número de líneas que atraviesan la unidad de superficie perpendicular al campo, sea proporcional a la intensidad del campo. Por convenio las líneas de fuerza salen de las cargas + y entran en las -. En las figuras están representados mediante líneas de fuerza, el campo eléctrico creado por 2 cargas iguales y el campo creado por 2 cargas opuestas.

Superficies Equipotenciales

SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES: Es el lugar del espacio con igual valor del potencial eléctrico. Si existieran 2 superficies equipotenciales que se cortaran, en los puntos de corte tendríamos 2 valores distintos del potencial eléctrico total y esto no es posible porque el potencial V en un punto P es igual al trabajo eléctrico realizado cuando se desplaza una carga + desde dicho punto hasta el infinito y ese trabajo es siempre el mismo con independencia de la trayectoria ya que el campo eléctrico es conservativo.

Esfera en Equilibrio

ESFERA EN EQUILIBRIO: Cuando no hay corriente eléctrica, se dice que el conductor está en equilibrio. Para que un conductor esté en equilibrio, el campo eléctrico E, en su interior debe ser nulo, ya que si no provocaría el movimiento ordenado de electrones y el conductor ya no estaría en equilibrio. Para que un conductor esté en equilibrio, no puede haber campo eléctrico interior pero puede haber un campo eléctrico en la superficie que debe ser perpendicular a esta. (En el interior de un conductor en equilibrio, esté cargado o no es 0) (la carga eléctrica se distribuye uniformemente por toda la superficie).

Ley de Gauss

GAUSS: En el interior de un conductor cargado el potencial no es nulo, pues para llevar carga hasta su interior necesitamos de un trabajo; en concreto se realiza trabajo al desplazar la carga desde el infinito hasta la superficie del conductor, ya que en el exterior del conductor existe campo eléctrico. Los apartados b) y c) son falsos porque la carga se distribuye en la superficie dejando en el interior un campo nulo.