El campo magnético y la corriente se consideran dos caras de la misma moneda debido a la participación de cargas, y ambos se derivan de la radiación o campo electromagnético.
Una onda electromagnética es de campos eléctricos y magnéticos. La corriente se debe al campo eléctrico. Así habrá una estrecha relación entre el campo magnético y la corriente. Esta publicación se ocupa de una explicación exhaustiva y hechos relacionados con el campo magnético y la corriente y su relación con el campo electromagnético.
Relación entre el campo magnético y la corriente
Una corriente eléctrica en un alambre crea un campo magnético debido al movimiento de las cargas. Esto lleva a explicar la relación entre el campo magnético y la corriente, que se explica por la ley de Biot-Savart. Establece que “una corriente I que fluye en un conductor portador de corriente de pequeña longitud dl no es más que la fuente elemental del campo magnético.
Si considera un cable que transporta corriente I a lo largo de la longitud dl en el cable, entonces el campo magnético debido a la corriente en un punto de observación con respecto al cable se da como,
Dónde; m0 es la permeabilidad del espacio libre (4π×10-7N/A2), y R es la distancia entre el punto y el alambre.
La integración de la ecuación anterior da el campo magnético debido a la corriente que fluye a través del bucle de alambre. El campo magnético y la corriente son interdependientes entre sí. A medida que aumenta la tasa de flujo de corriente, la fuerza del campo magnético será mayor debido al movimiento de las cargas conductoras.
¿Cómo afecta el campo magnético a la corriente?
Cuando un alambre que lleva corriente se pone en contacto con un campo magnético cambiante, se induce una corriente en el alambre. Esta corriente fluye debido a que las líneas del campo magnético aplican cierta fuerza sobre las cargas, lo que hace que se muevan.
Dado que el campo magnético y la corriente están estrechamente relacionados, un pequeño cambio en el campo magnético produce una fuerza electromotriz en el alambre. Ocurre porque el campo magnético cambiante genera el campo eléctrico, y las cargas se liberan para fluir y, por lo tanto, se induce la corriente.
El campo magnético está asociado con la dirección del flujo de corriente. Si la dirección del campo magnético cambia, el flujo de corriente dentro del conductor también cambia.
Dirección del campo magnético y la corriente.
La dirección de orientación del campo magnético y la corriente son normales entre sí. Ya que sabemos que, en una onda electromagnética, el movimiento del campo eléctrico y el campo magnético son siempre en direcciones perpendiculares. La corriente no es más que una forma de energía eléctrica que transporta el flujo de electrones libres.
Generalmente, la regla de la mano derecha da cuenta para describir la dirección tanto del campo magnético como de la corriente. Primero, haz un gesto con la mano en forma de L usando el pulgar y el índice, luego apunta el dedo medio perpendicular a ambos dedos. Los dedos restantes se mantienen curvados. Este tipo de gesto con la mano derecha ayuda a recordar la dirección del campo magnético y la corriente.
El campo magnético ofrece cierta fuerza ejercida sobre las cargas en movimiento. Cuando las cargas están en reposo, el campo magnético no influye en la carga. Pero tan pronto como comienzan a moverse, la fuerza creada por el campo empuja las cargas y la corriente fluye a través del cable. La dirección del flujo de corriente no está en la dirección de las líneas de campo, sino que sigue una trayectoria perpendicular.
Créditos de las imágenes: Wikimedia commons
De acuerdo con la regla, su mano se asemeja a un cable que transporta corriente, y su puntero indica la dirección de la carga positiva. Y el campo magnético está indicado por su dedo medio, y su pulgar indica el movimiento de la corriente debido a la fuerza magnética.
¿Por qué el campo magnético es perpendicular a la corriente?
La fuerza magnética ejercida sobre las cargas es siempre un producto cruzado de la velocidad de las cargas para conducir la corriente y el campo magnético. El producto vectorial de cualquier cantidad de dos vectores siempre se ejerce en ángulo recto con la fuerza aplicada. Por lo tanto, el campo magnético es perpendicular a la corriente.
La fuerza magnética se considera como la fuerza de Lorentz que se ejerce sobre las cargas y las hace moverse y hace que conduzcan corriente. Dado que el campo magnético es una cantidad vectorial y la velocidad de las cargas contribuye al flujo de corriente, también es una cantidad vectorial. El producto vectorial de estas dos cantidades vectoriales debe ser una fuerza perpendicular. Por lo tanto, el campo magnético y la corriente son perpendiculares entre sí.
¿El campo magnético es siempre perpendicular a la corriente?
Sí, dado que el campo eléctrico siempre está orientado perpendicularmente al campo magnético en la onda EM, la corriente se debe al campo eléctrico. Por lo tanto, el campo magnético y la corriente también son perpendiculares.
Considere una corriente que transporta un cable, y el campo magnético B se genera cuando hay un flujo de corriente en el cable. La línea recta con punta de flecha en el medio indica la dirección de la corriente en el cable, y el anillo circular alrededor de la corriente es el campo magnético cuya dirección se indica con una flecha.
¿Cómo es el campo magnético perpendicular a la corriente?
Generalmente, la corriente transporta las cargas en movimiento a través del cable, lo que da como resultado la generación de un campo magnético, que se enrolla alrededor del cable en forma de anillo. La orientación perpendicular del campo magnético y la corriente se debe a este fenómeno de rizado ilustrado como la segunda regla de la mano derecha.
De acuerdo con esta regla, si doblas todos tus dedos sobre la palma y el pulgar hacia arriba, ilustra cómo el campo magnético es perpendicular a la corriente. La dirección del rizo es perpendicular al flujo de corriente indicado por el pulgar apuntando hacia arriba.
Si la corriente fluye de una dirección ascendente a una descendente, el campo magnético será perpendicular en el sentido de las agujas del reloj a la fuerza ejercida. Y si la corriente se mueve de abajo hacia arriba, el campo magnético está orientado en sentido contrario a las agujas del reloj.
¿Cuándo el campo magnético es perpendicular a la corriente?
Cuando la fuerza ejercida sobre las cargas es máxima, las cargas comienzan a moverse normalmente en la dirección de las líneas de campo. Debido al movimiento de las cargas, la corriente resultante tiende a seguir el mismo camino perpendicular al campo magnético.
La interacción de la fuerza con el campo magnético es bastante diferente. Si no hay medios de fuerza, no habrá movimiento de las cargas ni campo magnético. Si el campo magnético es paralelo a la corriente, es casi imposible establecer una relación entre ellos.
¿Cuál es la relación entre la dirección del flujo de corriente y la polaridad magnética?
La dirección de la corriente y la polaridad magnética están correlacionadas. Si la dirección del campo magnético es de polo norte a sur, el flujo de cargas en el conductor que lleva corriente tiene lugar de cargas negativas a positivas.
Esto significa que, si la dirección de la corriente cambia, la dirección de las líneas del campo magnético también se carga. Supongamos, inicialmente, que la corriente fluye de negativo a positivo y que las líneas del campo magnético emergen del polo norte al polo sur. Al invertir la dirección del flujo de corriente, podemos observar que las líneas del campo magnético también invierten su dirección del polo sur al polo norte.
La regla de la mano izquierda suele ser útil para demostrar el efecto sobre la polaridad magnética debido a la dirección de la corriente. En esta regla, el pulgar indica la dirección del polo norte cuando los electrones fluyen del terminal negativo al positivo.
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¿Cómo afecta un campo magnético a la corriente en un circuito magnético?
Los campos magnéticos en el circuito magnético impulsan la fuerza magnetomotriz, similar a la fuerza electromotriz impulsada por el campo eléctrico. La fuerza magnetomotriz del campo magnético depende de las vueltas de la bobina y la corriente.
Un circuito magnético consta de una bobina hecha de flujo magnético de bucle cerrado. Si aumentamos el número de vueltas en la bobina, la intensidad del campo magnético aumenta proporcionalmente, provocando un aumento del flujo. El flujo induce más corriente para establecer la fuerza magnetomotriz máxima.
Los circuitos magnéticos son análogos a un circuito eléctrico. Pero la diferencia está en un circuito eléctrico, el movimiento de las cargas provoca un campo magnético, y en un circuito magnético, el campo magnético induce la corriente en el circuito.
Campo magnético y gráfico de corriente.
Dado que el campo magnético y la corriente están correlacionados entre sí, la gráfica del campo magnético y la corriente varía linealmente entre sí. El gráfico de campo magnético frente a corriente da una línea recta que aumenta linealmente entre sí.
El aumento lineal del campo magnético se debe a que, a medida que aumenta la corriente en el bucle de alambre, también aumenta el movimiento de las cargas, lo que hace que se genere más campo magnético en el bucle.
La pendiente del gráfico da una constante física que representa el número de vueltas del bucle de alambre.
Ejercicios resueltos sobre el campo magnético y la corriente
Calcule el campo magnético debido al alambre de unidad de longitud que transporta corriente que transporta 5 amperios de corriente a través de él a una distancia de 3 m.
Solución:
Dada la corriente en el cable, I = 5 amperios
La distancia entre el cable r = 3m
El campo magnético B en el punto r es
El valor de μ0 es 4π×10-7 N/A2; sustituyendo los valores en la ecuación anterior, obtenemos
B=3.33×10-7T.
Dos hilos conductores de corriente de la misma longitud se colocan paralelos entre sí, separados a una distancia de 2 m. Un cable lleva la corriente de 12 amperios y el otro lleva la corriente de 15 amperios. Calcule el campo magnético que surge de ambos cables paralelos a una distancia de 5 m.
Solución:
Dada –la corriente transportada por un cable I1= 12 amperios
El alambre llevado por otro alambre I2=15 amperios
la distancia r1=5m.
la distancia r2=7m.
La permeabilidad del espacio libre μ0=4π×10-7 N/A2
El campo magnético debido a ambos cables está dado por
B=B1+B2
B=4.8+4.28
B=9.085×10-7T
Calcule el campo magnético en un punto a una distancia de 8 m del cable que conduce una corriente de 14 amperios.
Solución:
Dado –el punto a una distancia del cable r=8m
El cable que lleva la corriente I = 14 amperios.
La permeabilidad del espacio libre μ0=4π×10-7 N/A2
Sustituyendo los valores dados en la ecuación anterior
B=3.5×10-7T.
Conclusión
De esta publicación, entendemos la relación entre el campo magnético y la corriente y aprendimos que el campo magnético y la corriente son la cantidad vectorial orientada normal al plano de la onda electromagnética. El comportamiento de las cargas en el campo magnético produce corriente. El rápido movimiento de las cargas en un cable que transporta corriente es responsable del campo magnético. así es como se relacionan el campo magnético y la corriente.
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Soy Keerthi K Murthy, he realizado un posgrado en Física, con la especialización en el campo de la física del estado sólido. Siempre he considerado la física como un tema fundamental que está conectado con nuestra vida diaria. Como estudiante de ciencias, disfruto explorando cosas nuevas en física. Como escritor, mi objetivo es llegar a los lectores de manera simplificada a través de mis artículos.