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2017 · Extraordinaria · Reserva
2B-a
Examen
a) Dos conductores rectilíneos e indefinidos paralelos, separados una distancia dd, están recorridos por corrientes de intensidad II. Analice las características de las fuerzas que se ejercen entre sí los conductores en el caso en que los sentidos de las corrientes coincidan y en el caso en que sean opuestos.
corrientes paralelasfuerza magnéticaley de Ampère
Fuerzas entre conductores paralelos

Cuando una corriente circula por un conductor, genera un campo magnético en el espacio circundante. Si hay un segundo conductor cercano por el que también circula corriente, éste quedará inmerso en dicho campo y experimentará una fuerza (Fuerza de Lorentz sobre conductor). Analizamos ambos casos.

Campo magnético creado por un conductor rectilíneo indefinido

El módulo del campo magnético creado por un conductor rectilíneo indefinido a una distancia dd es, por la Ley de Biot-Savart:

B=μ0I2πdB = \frac{\mu_0 I}{2\pi d}

Las líneas de campo son circunferencias concéntricas alrededor del conductor, y su sentido viene dado por la regla de la mano derecha (o regla del sacacorchos).

Fuerza por unidad de longitud entre los dos conductores

La fuerza que ejerce el campo BB del conductor 1 sobre una longitud LL del conductor 2 es F=ILBF = I L B. Por tanto, la fuerza por unidad de longitud es:

FL=IB=Iμ0I2πd=μ0I22πd\frac{F}{L} = I \cdot B = I \cdot \frac{\mu_0 I}{2\pi d} = \frac{\mu_0 I^2}{2\pi d}

Este resultado es simétrico: la fuerza por unidad de longitud que ejerce el conductor 2 sobre el conductor 1 tiene el mismo módulo (principio de acción y reacción).

a) Caso 1: Corrientes en el mismo sentido

Supongamos que ambas corrientes circulan hacia arriba. El campo magnético creado por el conductor 1 en la posición del conductor 2 (aplicando la regla de la mano derecha) apunta en una dirección perpendicular y hacia el conductor 1. Aplicando la regla de la mano derecha a la fuerza F=IL×B\vec{F} = I\,\vec{L} \times \vec{B} sobre el conductor 2, la fuerza resultante apunta hacia el conductor 1.Por tanto: los conductores se ATRAEN. La fuerza de atracción por unidad de longitud tiene módulo:

FL=μ0I22πd\frac{F}{L} = \frac{\mu_0 I^2}{2\pi d}

Características: la fuerza es atractiva, perpendicular a ambos conductores, disminuye al aumentar la separación dd y aumenta al aumentar la intensidad II.

b) Caso 2: Corrientes en sentidos opuestos

Si las corrientes circulan en sentidos contrarios (una hacia arriba y otra hacia abajo), el campo magnético creado por el conductor 1 en la posición del conductor 2 sigue apuntando en la misma dirección que antes (por su geometría), pero al aplicar F=IL×B\vec{F} = I\,\vec{L} \times \vec{B} con la corriente del conductor 2 invertida, la fuerza resultante apunta en sentido contrario, es decir, alejándose del conductor 1.Por tanto: los conductores se REPELEN. La fuerza de repulsión por unidad de longitud tiene el mismo módulo:

FL=μ0I22πd\frac{F}{L} = \frac{\mu_0 I^2}{2\pi d}

Características: la fuerza es repulsiva, perpendicular a ambos conductores, disminuye al aumentar dd y aumenta al aumentar II.

Resumen
Corrientes paralelas (mismo sentido) → fuerza de ATRACCIÓN de módulo FL=μ0I22πd\dfrac{F}{L} = \dfrac{\mu_0 I^2}{2\pi d}.Corrientes antiparalelas (sentidos opuestos) → fuerza de REPULSIÓN de módulo FL=μ0I22πd\dfrac{F}{L} = \dfrac{\mu_0 I^2}{2\pi d}.

En ambos casos, las fuerzas cumplen la tercera ley de Newton (acción y reacción): son iguales en módulo, tienen la misma dirección (la línea que une los dos conductores) y sentidos opuestos. Esta interacción entre conductores paralelos es precisamente la base de la definición clásica del Amperio en el Sistema Internacional.