b) i) Determine, razonadamente, el valor y sentido de la intensidad IB, si el campo magnético total es cero en el punto P, situado a 0,25 m a la derecha del hilo A. ii) Calcule la fuerza magnética que ejercen los dos hilos conductores sobre un electrón que se moviera en el mismo plano XY, con una velocidad de 5⋅103 m⋅s−1 verticalmente hacia arriba, 0,05 m a la derecha del hilo B.
Datos: μ0=4π⋅10−7 T⋅m⋅A−1; e=1,6⋅10−19 C.
Hilos paralelosFuerza magnéticaLey de Biot y Savart
b) i) Determinación de IB para que el campo sea cero en P
El punto P está situado a 0,25 m a la derecha del hilo A. La separación entre los hilos es 1 m (100 cm), por lo que P está a 0,75 m a la izquierda del hilo B.
El campo magnético creado por un hilo conductor infinito a distancia r es:
B=2πrμ0I
La corriente IA sube (sentido +y). Por la regla de la mano derecha, el campo BA en el punto P (que está a la derecha del hilo A) apunta en dirección −z (entrando en la pantalla).
BA=2πrAPμ0IA=2π×0,254π×10−7×10=0,5π4π×10−6=8×10−6 T
Para que el campo total en P sea cero, el hilo B debe crear en P un campo igual en módulo y sentido contrario al de A, es decir BB debe apuntar en +z (saliendo de la pantalla). Como P está a la izquierda del hilo B, para que el campo en ese punto salga de la pantalla, la corriente IB debe circular hacia arriba (+y), igual que IA.Imponiendo BA=BB:
2πrAPμ0IA=2πrBPμ0IB
rAPIA=rBPIB⟹IB=IA⋅rAPrBP=10×0,250,75=30 A
La corriente IB=30 A circula hacia arriba (+y), en el mismo sentido que IA.
b) ii) Fuerza magnética sobre el electrón situado 0,05 m a la derecha del hilo B
El electrón se mueve con velocidad v=5×103j^ m/s en el plano XY, a 0,05 m a la derecha del hilo B. Esta posición está a 1,05 m del hilo A.Campo del hilo A en ese punto (a rA=1,05 m a la derecha):
BA=2πrAμ0IA=2π×1,054π×10−7×10=2,1π4π×10−6≈1,905×10−6 T
La corriente IA va hacia arriba y el punto está a la derecha del hilo A, por lo que BA apunta en −z (entrando).Campo del hilo B en ese punto (a rB=0,05 m a la derecha):
BB=2πrBμ0IB=2π×0,054π×10−7×30=0,1π12π×10−6=1,2×10−4 T
La corriente IB va hacia arriba y el punto está a la derecha del hilo B, por lo que BB también apunta en −z (entrando).El campo total en ese punto: