Interacción Electromagnética: Campos, Fuerzas y Generadores
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Interacción entre Corrientes Paralelas: Definición de Amperio
Si tenemos dos conductores paralelos, separados una distancia d, por los que circulan corrientes de intensidad I1 e I2, se ejercerá entre ambos una fuerza que será atractiva o repulsiva según el sentido de las intensidades. Las corrientes crean un campo magnético sobre el otro conductor y determinan sobre él una fuerza, que será F2 = I2(l2^B1) = |F2|I2l2B1. Y del mismo modo, el conductor 2 creará otro campo B2 sobre el conductor 1, produciendo una fuerza F1 = I1(l1^B2) = |F1|=I1l1B2. O sea, que por unidad de longitud queda f1 = F1/l1 = I1B2. Y ahora, con la Ley de Biot-Savart y admitiendo que los conductores son lo suficientemente largos, queda: f1 = f2 = (μI1I2)/(2πd).
Un amperio es la intensidad de corriente que, circulando en el mismo sentido por dos conductores rectilíneos y paralelos, situados en el vacío y distantes un metro, determina entre ellos una fuerza atractiva que vale 2x10-7 Newton por metro de longitud.
Analogías y Diferencias entre Campos Eléctricos y Magnéticos
| Campos Eléctricos | Campos Magnéticos |
|---|---|
| 1. Son campos de fuerzas centrales. | 1. Son campos de fuerzas, pero no centrales. |
| 2. La intensidad de campo es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia. | 2. Dependen no sólo de la distancia, sino también de la orientación (sen θ). |
| 3. Consisten en una perturbación del espacio que actúa sobre una carga eléctrica en reposo o en movimiento. | 3. Consisten en una perturbación del espacio que actúa sobre una carga eléctrica en movimiento. |
| 4. La dirección de la intensidad del campo eléctrico es radial respecto de la carga puntual. | 4. La dirección de la inducción magnética (B) es perpendicular al plano que contiene a v y a r. |
| 5. Dependen del medio. | 5. Dependen del medio. |
| 6. Las líneas de fuerza son abiertas y perpendiculares a las superficies equipotenciales. | 6. Las líneas de fuerza (líneas de inducción) son cerradas. |
| 7. Son campos conservativos. | 7. No son campos conservativos. |
| 8. Las cargas eléctricas positiva y negativa constituyentes de un dipolo se pueden separar. | 8. Los polos Norte y Sur de un imán no se pueden separar. |
| 9. Se pueden apantallar. | 9. Se pueden apantallar. |
| 10. K = (9x109/ε) N·m2·C-2 (K ≈ K') | 10. K' = (μ/4π) = (10-7·μr) T·m/A (K' << K) |
Analogías y Diferencias entre Fuerzas Eléctricas y Magnéticas
- Las fuerzas debidas al campo eléctrico son centrales, mientras que las debidas al campo magnético no lo son.
- Las fuerzas eléctricas tienen siempre la dirección del vector intensidad de campo, en tanto que las fuerzas magnéticas son siempre perpendiculares al vector campo magnético.
- Las fuerzas eléctricas se ejercen sobre cargas eléctricas, estén en reposo o en movimiento; mientras que las fuerzas magnéticas sólo se ejercen sobre cargas móviles y siempre que el movimiento no tenga la misma dirección que el campo magnético.
- La fuerza eléctrica realiza trabajo al actuar sobre una partícula cargada, mientras que la fuerza magnética asociada a un campo magnético estacionario no realiza trabajo cuando actúa sobre una partícula cargada que se desplaza, porque la fuerza magnética siempre es perpendicular al desplazamiento. Por lo anterior, del teorema trabajo-energía cinética, se concluye que no es posible modificar la energía cinética de una partícula cargada sólo por la acción de un campo magnético. En otras palabras, cuando una carga se mueve con una velocidad v, un campo magnético aplicado puede alterar la dirección del vector velocidad, pero no puede cambiar la rapidez de la partícula.
Generador de Corriente Alterna
Los transformadores son aparatos destinados a variar la f.e.m. y la intensidad de las corrientes alternas, de forma que su producto permanezca constante. El transformador se denomina de alta cuando eleva la tensión y se denomina de baja cuando reduce la tensión. Los transformadores constan de un núcleo formado por láminas de hierro dulce; sobre dicho núcleo de hierro lleva dos arrollamientos aislados entre sí. El arrollamiento por el que entra la corriente se llama primario, y por el que sale la corriente se llama secundario. Si por el primario, que tiene N1 espiras, entra una corriente alterna de tensión V1, esta genera un campo magnético variable que, guiado por el núcleo de hierro dulce, induce otra tensión V2 en los extremos del secundario.
Fuerza electromotriz inducida (f.e.m.): Eind = -dΦ/dt = -d(NBScosωt)/dt = (NBSω)senωt = Emáxsenωt -> Eind = Emáxsenωt, siendo Emáx = NBSω la f.e.m. inducida máxima.
Ley de Lenz
Toda carga eléctrica en movimiento y en presencia de un campo magnético de intensidad B, se encuentra sometida a una fuerza que viene dada por la siguiente ecuación vectorial: F = q(v^B).