Corriente en un conductor recto

Revista Colombiana de Física
Corriente en un conductor recto
Current in a straight conductor
Johana Viginia Hernández1
1 Fluidos
y Electromagnetismo para Biociencias, Dpto. Farmacia, Universidad Nacional de Colombia, Carrera 45 Nº 26-85, Bogotá.
10 de Mayo de 2010
Resumen
Con el objetico de comprobar la presencia de campo magnético cuando hay una corriente eléctrica en movimiento por un conductor recto conectado a una fuente de voltaje y viceversa, se empleó una aguja imantada,
para el experimento en particular una brújula, y se realizaron movimientos circulares, de alejamiento y de
aciercamiento con respecto a un conductor fijo. Asi se concluyo que NO hay evidencia de un Campo magnético producito por un conductor que no lleva corriente y que SI la hay para un conductor conectado a una fuente
encendida. Como por ejemplo, si hay una corriente eléctrica circulando por un conductor, se verá que en el espacio que lo rodea hay un campo magnético, se observo esto según el movimiento de la aguja de la brújula. Se
busca pues, demostrar empíricamente que un conductor de corriente puede mover o desviar la aguja imantada
de una brújula colocada en dirección perpendicular a un conductor eléctrico.
Palabras clave: Electromagnetismo, corriente eléctrica, conductor, brújula, campo magnético.
Abstract
With the purpose of showing the presence of Magnetic field when there is an electric current moving in a straight conductor, that is at the same time connected to a source and viceversa, we used a magnetized needle, for this particular experiment a compass and we made it move in circular motion, movement away and movement toward with respect to a fixed
conductor. This way there may be a conclusion of NO evidence of a magnetic field produced by a conductor with no current and that there IS evidence of Magnetic filed for a conductor with electric current. For example, if there is an electrical
current in a conductor, there will be a magnetic field in the space around. Our objective is therefore, to show empirically
that a conductor of electric current can move the needle of a compass, that is in perpendicularly to an electrical conductor.
Keywords: Electromagnetism, electric current, conductor, compass, magnetic field.
como grandes contribuyentes en el descubrimiento del electromagnetismo.
1. Introducción
Fue el físico y químico danés Hans Christian Oersted
(1777-1851) quien observó por primera vez la relación
existente entre la electricidad y el magnetismo.
Hay muchos otros hombres de ciencia que aportaron sus
investigaciones al descubrimiento del electromagnetismo,
entre ellos se tiene a William Gilbert, Michael Faraday,
Stephen Gray, Benjamin Franklin, Georg Simon Ohm y
Joseph Henry. Sin embargo ya desde la antigua Grecia se
tenía conocimiento de los fenómenos mangéticos y eléctricos, pero no fue sino hasta 1861 cuando James Clerk Maxwell unificó las investigaciones y experimentos para conformar un conjunto de cuatro ecuaciones que describían los
fenómenos eléctricos y magneticos como uno solo: el Electromagnetismo.
En la década de 1810 predijo la existencia de fenómenos
electromagnéticos, sin embargo, no fue sino hasta 1820
cuando en compañía de André Marie Ampere (1775-1836)
demostró que sus predicciones eran correctas. Ampere, por
su parte luego de conocer los experimentos de Oersted,
desarrollo su teoría, la cual sería el punto de partida del
electromagnetismo. Hoy en día, ambos son considerados
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RevColFis
elemento de corriente, m0/4p = 10-7 en el Sistema Internacional de Unidades.
Ampere fue un matemático y físico francés, cuyas teorías
se publicaron en 1822, allí se recopilaban sus interpretaciones sobre la relación entre electricidad y magnetismo. Ampere también descubrió las leyes que hacen posible el experimento que aquí se presenta: causar el desvio de una aguja
magnética por una corriente eléctrica; de esta manera, en
este trabajo también se relaciona como la teorás de Ampere
son la base para el funcionamiento de los actuales aparatos
de medida.
Ley de Ampere: Ampere descubrió las acciones mutuas
entre correintes eléctricas, al demostrar que dos conductores
paralelos por los que circula una corriente en el mismo
sentido, se atraen, mientras que si los sentidos de la corriente son opuestos, se repelen. La unidad de corriente eléctrica, el amperio, recibe este nombre en honor a él. La ley de
Ampere relaciona el campo magnético con la corriente
eléctrica que lo genera. Se enuncia de la siguiente manera:
“La circulación de un campo magnético a lo largo de una
línea cerrada es igual al producto de µ0 por la intensidad
neta que atraviesa el área limitada por la trayectoria”
2. Aspectos teóricos
El campo magnético es el campo generado por un imán, se
conoce como aquella región del espacio que lo rodea y
dentro de la cual éste ejerce acciones sensibles de atracción
o de repulsión. El magnetismo juega un papel muy importante en la tecnología actual. Los imanes se usan para elaborar imágenes de partes del cuerpo, explorar el cerebro, almacenar datos en computadores. El estudio del magnetismo
también ha permitido explorar la estructura del universo y la
estructura atómica de la materia.
Electromagnetismo: Es es una rama de la Física que estudia
y nifica los fenómenos eléctricos y magnéticos en una sola
teoría, cuyos fundamentos fueron sentados por Michael
Faraday y formulados por primera vez de modo completo
por James Clerk Maxwell. La formulación consiste en cuatro ecuaciones diferenciales vectoriales que relacionan el
campo eléctrico, el campo magnético y sus respectivas
fuentes materiales (corriente eléctrica, polarización eléctrica
y polarización magnética), conocidas como ecuaciones de
Maxwell. El electromagnetismo considerado como una
fuerza es una de las cuatro Fuerzas Fundamentales del universo.
Campo magnético terrestre: Desde la antigüedad se conoce
que la tierra se comporta como un gran imán con polos
magnéticos próximos a los polos geográficos norte y sur.
Una aguja imantada (brújula o dipolo magnético) se orienta
siempre sobre la superficie terrestre indicando el norte.
Como el polo norte de la aguja de una brújula apunta en
dirección al norte geográfico, el polo sur magnético está
próximo al polo sur geográfico. La orientación de la brújula
indica la existencia de un campo magnético terrestre sobre
la tierra.
2. Aspectos experimentales
Primero se requiere verificar experimentalmente que no hay
evidencia de un campo magnético producido por un conductor que no lleva corriente, el conductor debe estar vertical.
Entonces se acerca y luego aleja una brújula a un conductor
que se encuentra apagado, por ende no lleva corriente. Luego se mueve en cículos alrededor del mismo conductor y se
observa si hay movimiento en la aguja imantada.
Un Conductor Eléctrico es aquel cuerpo que puesto en
contacto con un cuerpo cargado de electricidad transmite
ésta a todos los puntos de su superficie. Generalmente elementos, aleaciones o compuestos con electrones libres que
permiten el movimiento de cargas.
La ley de Biot- Savart :El físico Jean Biot dedujo esta ecuación que permite calcular el campo magnético B creado por
un circuito de cualquier forma recorrido por una corriente
de intensidad
i.
Acto seguido se debe conectar el conductor a la fuente y se
debe encender. Luego de establecer una diferencia de potencial de 0.5 a 1.0 V, se debe mover la brújula igual que en
el caso anterior y anotar observaciones. Se escogen algunos
puntos y se observa en que dirección se mueve la aguja de
la brújula.
B es el vector campo magnético existente en un punto P del
espacio, ut es un vector unitario cuya dirección es tangente
al circuito y que nos indica el sentido de la corriente en la
posición donde se encuentra el elemento dl. ur es un vector
unitario que señala la posición del punto P respecto del
3. Resultados y Análisis
Al analizar el movimiento de la aguja de la brújula cuando
se acerca y se aleja del conductor que no lleva corriente se
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J. V. Hernández et al.: Circuitos Simples
puede afirmar que NO hay evidencia de un campo magnético producido. También se procede a mover la brújula alrededor o en círculos del conductor y se observó exactamente
lo mismo: la aguja no cambia de dirección, siempre esta
apuntando a la misma dirección, hacia el norte, de esto se
puede analizar el hecho de que la aguja no cambia de direccion puesto que no hay corriente eléctrica que modifique el
campo magnético terrestre.
Cuando la aguja imantada o la aguja de la brújula en este
experimento gira lo hace perpendicularmente al conductor
recto.
Se observa que no hay evidencias de que haya un campo
magnético cuando no hay corriente eléctrica en el conductor
recto.
De las observaciones cabe resaltar la importancia de la regla
de la mano derecha pues permite corroborar la dirección del
campo magnético producido por una corriente eléctrica.
En seguida se encendíó la fuente y se estableció una diferencia de potencial de 0.8 Voltios. En este caso al realizar
movimientos de la brújula alrededor del conductor recto
encencido se observó que ahora SI hay evidencia de un
campo magnético proveniente de la corriente eléctrica, pues
la aguja cambia de dirección cuando la muevo alrededor del
conductor. Este nuevo ángulo de giro de la aguja fue en
promedio de 30° con respecto al norte geográfico. Los ocho
puntos de refencia que tomé fueron: 0°, 45°, 90°, 135°,
180°, 225°, 270° y 315°. En todos observe un angulo de
giro de la aguja la única diferencia fue en los Angulos de
rerencia de 90° y 270°. Puedo analizar también este resulatado de la siguente manera: el movimiento de la aguja fue
casi siempre contrario al de las manecillas de un reloj, pues
la corriente iba hacia arriba y esto lo confirmo aplicando la
laye de la mano derecha, que enuncia que si se empuña con
la mano derecha un conductor, en tal forma que el dedo
pulgar apunte en la dirección de la corriente, entonces los
demás dedos apuntarán en dirección del campo magnético.
De los resultados obtenidos deben considerarse que el error
experimental está presente en la apreciación de los movimientos de la brújula ya que se realizo de modo cualitativo.
5. Bibliografía
Bautista, Edgar; Ortiz, Marina. Guías de Laboratorio de
Física II. Electromagnetismo. Facultad de Ciencias. Departamento de Fisica. Univerisad Nacional De Colombia. Segundo semestre de 2001. Páginas 36 y 37
Serway, Raymond. Physics: For Scientists & Engineers
with Modern Physics. 3rd edition. United States of America.
1990. 1450p. Chapter 29, section 2.
Electromagnetismo: Guía de laboratorio. Laboratorio 4,
magnetismo. Páginas: 53-57
Quiroga, Jorge E. Curso de Fisica. Tomo II. Séptima edición. Editorial Bedout. 1969. Capítulo XVI: Magnetismo y
electromagnetismo. Páginas 244-254
Gráfico N° 1: Regla de la mano derecha.
Campo magnético producido por una corriente rectilínea
indefinida [en línea].
<http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_ma
gnetico/ampere/ampere.htm > [citado en 09 de Mayo de
2010].
4. Conclusiones
Se puede demostrar empíricamente que un conductor de
corriente puede mover la aguja imantada de una brújula. Es
decir un imán o una aguja imantada colocada cerca de un
conductor por el que circula una corriente, se desvia o gira,
es decir es como si la corriente eléctrica produjera sobre
nuestra aguja el efecto de otro imán. Se concluye entonces
que toda corriente eléctrica generea a su alrededor un campo magnético.
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