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Universidad de San Buenaventura Bogotá Álvaro Felipe García Méndez. Cód. 20081233048 Ley de Ampere Bogotá DC. 9 de Noviembre de 2009 Abstract: Magnetic fields are produced by electric currents, which can be macroscopic currents in wires, or microscopic currents associated with electrons in atomic orbits. The magnetic field B is defined in terms of force on moving charge in the Lorentz force law. The interaction of magnetic field with charge leads to many practical applications. Magnetic field sources are essentially dipolar in nature, having a north and south magnetic pole. The SI unit for magnetic field is the Tesla, which can be seen from the magnetic part of the Lorentz force law to be composed of (Newton x second)/(Coulomb x meter). A smaller magnetic field unit is the Gauss (1 Tesla = 10,000 Gauss). Key Words: Field, Vector, Magnetic, current, density, intensity, charges

Introducción

•

Comprobar las relaciones existentes entre las variables de intensidad de campo magnético, distancia e intensidad de corriente. Determinar experimentalmente el valor de la permeabilidad magnética del espacio libre μ0

El campo magnético es una región del espacio en la cual una carga eléctrica puntual de valor q que se desplaza a una velocidad V, sufre los efectos de una fuerza que es perpendicular y proporcional tanto a la velocidad como al campo, llamada inducción magnética o densidad de flujo magnético. En pocas palabras, el campo magnético es producido por la corriente eléctrica que circula por un conductor. Para determinar la expresión del campo magnético producido por una corriente se emplean dos leyes: la ley de Biot-Savart y la ley de Ampere.

Conocimientos previos

Objetivos

del circuito recorrido por una corriente

• •

Observar las líneas de campo magnético Producidas por un imán. Interpretar los cambios en la desviación de una aguja magnética en presencia de un conductor lineal de corriente.

•

Ley de Biot-Savart: La ley de BiotSavart indica el campo magnético creado por corrientes estacionarias. En el caso de corrientes que circulan por circuitos filiformes (o cerrados), la contribución de un elemento infinitesimal de longitud

crea una contribución elemental de campo magnético, , en el punto situado en la posición que apunta el vector a una distancia respecto de

que apunta en dirección de la corriente 1. en ellas, donde μ0 es la permeabilidad magnética del vacío, y es un vector unitario.

es un vector unitario dirigido

de q1 a q2 y ,

un vector unitario que

va de q2 a q1. El valor de la constante de proporcionalidad es Km = 10-7 N/A2 m2.

En el caso de corrientes distribuidas en volúmenes, la contribución de cada elemento de volumen de la distribución, viene dado por 2.

Donde

Fuerzas magnéticas entre cargas móviles.

es la densidad de corriente en

el elemento de volumen dv y

es la

posición relativa del punto en el que queremos calcular el campo, respecto del elemento de volumen en cuestión.

Ley de Ampere: Las propiedades de las interacciones magnéticas entre cargas en movimiento se resumen en un principio general conocido como primera ley de Ampére. Dadas dos cargas puntuales q1 y q2, que se mueven con velocidades y sin aceleración, entre ellas se crean fuerzas de origen magnético definidas por las expresiones: Fuerza de q1 en q2:

Fuerza de q2 en q1:

Consecuencias de la primera ley de Ampére: De la expresión de la primera ley de Ampére pueden extraerse algunas conclusiones interesantes: Su formulación matemática se asemeja a la ley de Coulomb de la electrostática, con la salvedad de que la fuerza magnética no aparece siempre, sino solo cuando las cargas eléctricas se mueven. Las interacciones entre cargas móviles no siguen la ley de acción y reacción, ya que F12 ¹ -F21. Las cargas del mismo signo que se mueven en direcciones paralelas y en el mismo sentido se atraen entre sí. Las cargas del mismo signo que se desplazan en paralelo en sentidos opuestos se repelen mutuamente.

¿Cómo se relaciona la intensidad del campo magnético con la deflexión de la aguja de la brújula? Esto es una prueba fehaciente de la relación intrínseca entre el campo magnético y el campo eléctrico plasmada en las ecuaciones de Maxwell. Como ejemplo para ver la naturaleza un poco distinta del campo magnético basta considerar el intento de separar el polo de un imán. Aunque rompamos un imán por la mitad éste "reproduce" sus dos polos. Si ahora volvemos a partir otra vez en dos, nuevamente tendremos cada trozo con dos polos norte y sur diferenciados. En magnetismo no existen los monopolos magnéticos.

Angulo (°) 60 47 40 35 30 27 23 20 15 10

Distancia (cm) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tabla 1. Estos valores se obtienen para una corriente de 3A con polaridad negativa. Y su grafica es:

Análisis experimental Se realizó el montaje de la figura 1. La orientación del conductor se dirigió hacia el norte.

Grafica 1.

Figura 1. Ubicamos la brújula por debajo del conductor a una distancia de 1cm y encendí la fuente (12v). Manteniendo una corriente fija, cambié la distancia (más o menos cada 2cm) de la brújula con respecto al conductor. Completé la siguiente tabla.

Angulo (°) 10 14

Corriente (A) 0.5 1

20 26 32 40 45 50

1.5 2 2.5 3 3.5 4 Tabla 2.

Manteniendo la brújula en una posición fija, se cambio la intensidad de la corriente y completé la siguiente grafica:

Conclusiones

Bibliografia • •

Grafica 2.

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Serway Jewet, Física, Tomo II, 3ra ed. Editorial Thomson. Sears Zemansky, Física Universitaria. 9na Ed. Vol 2 1999. http://es.wikipedia.org/wiki/Ca mpo_magnético