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2020 · Extraordinaria · Suplente
2-a
Examen

Un conductor rectilíneo de longitud LL, por el que circula una corriente eléctrica II, se encuentra inmerso en un campo magnético uniforme BB.

a) Justifique razonadamente, apoyándose en un esquema: i) Si es posible que el campo no ejerza fuerza alguna sobre él. ii) La orientación del conductor respecto del campo para que el módulo de la fuerza magnética sea máximo.
Fuerza magnéticaConductor rectilíneo

La fuerza magnética F\vec{F} sobre un conductor rectilíneo de longitud LL por el que circula una corriente II inmerso en un campo magnético uniforme B\vec{B} viene dada por la expresión vectorial:

F=I(L×B)\vec{F} = I (\vec{L} \times \vec{B})

El módulo de esta fuerza se calcula como:

F=ILBsinθF = I L B \sin\theta

donde θ\theta es el ángulo entre el vector dirección del conductor (que coincide con la dirección de la corriente L\vec{L}) y el vector campo magnético B\vec{B}.

a) i) Justifique razonadamente, apoyándose en un esquema, si es posible que el campo no ejerza fuerza alguna sobre él.

La fuerza magnética sobre el conductor es nula (F=0F=0) si alguna de las siguientes condiciones se cumple:1. La corriente II es cero (no hay flujo de cargas).2. La longitud LL del conductor inmerso en el campo es cero (o el conductor no está dentro del campo).3. El campo magnético BB es cero (no hay campo magnético externo).4. El término sinθ=0\sin\theta = 0. Esto ocurre cuando el ángulo θ\theta entre el vector dirección del conductor (L\vec{L}) y el vector campo magnético (B\vec{B}) es 00^\circ o 180180^\circ. Es decir, cuando el conductor es paralelo o antiparalelo al campo magnético. En estas condiciones, el producto vectorial L×B\vec{L} \times \vec{B} es nulo, y por lo tanto, la fuerza magnética ejercida sobre el conductor es cero.

a) ii) Justifique razonadamente, apoyándose en un esquema, la orientación del conductor respecto del campo para que el módulo de la fuerza magnética sea máximo.

El módulo de la fuerza magnética es máximo cuando el término sinθ\sin\theta alcanza su valor máximo. El valor máximo de sinθ\sin\theta es 11, lo que ocurre cuando el ángulo θ\theta entre la dirección del conductor y el campo magnético es 9090^\circ o 270270^\circ. Esto significa que la fuerza magnética es máxima cuando el conductor es perpendicular al campo magnético. En este caso, el producto vectorial L×B\vec{L} \times \vec{B} tiene su módulo máximo (LBL \cdot B), y la fuerza resultante también, con un valor de Fmax=ILBF_{max} = I L B.