Dos hilos indefinidos paralelos al eje z llevan intensidades iguales I1=I2=2 A y cortan el plano xy en los puntos (0,0) m y (4,0) m, respectivamente. Si el primer hilo, el que pasa por el origen, lleva su intensidad en el sentido positivo del eje z y el segundo en sentido negativo, determine el campo magnético en los puntos:
a) A(0,3) m.b) B(2,3) m.
Dato: Permeabilidad magnética del vacío, μ0=4π⋅10−7 T⋅m/A.
MagnetismoHilos paralelosLey de Biot-Savart
El campo magnético B generado por un hilo conductor rectilíneo e indefinido que transporta una corriente I a una distancia r viene dado por la Ley de Ampère:
B=2πrμ0I
La dirección y sentido del campo magnético se determinan mediante la regla de la mano derecha. Para un hilo paralelo al eje z con corriente en el sentido +z, el campo gira en sentido antihorario. Para corriente en el sentido −z, el campo gira en sentido horario.Consideremos los hilos:Hilo 1: Pasa por (0,0) m, con corriente I1=2 A en sentido +z.Hilo 2: Pasa por (4,0) m, con corriente I2=2 A en sentido −z.La permeabilidad magnética del vacío es μ0=4π⋅10−7 T⋅m/A.El campo magnético total en un punto será la suma vectorial de los campos generados por cada hilo: Btotal=B1+B2.
a) Campo magnético en el punto A(0,3) m.
Para el hilo 1 (en (0,0) m, I1 en +z):La distancia del punto A(0,3) al hilo 1 es r1=(0−0)2+(3−0)2=3 m.La magnitud del campo B1 es:
B1=2πr1μ0I1=2π⋅3 m4π⋅10−7 T⋅m/A⋅2 A=34⋅10−7 T
Aplicando la regla de la mano derecha (corriente en +z), el campo en (0,3) apunta en la dirección −x. Por lo tanto:
B1=−34⋅10−7i^ T
Para el hilo 2 (en (4,0) m, I2 en −z):La distancia del punto A(0,3) al hilo 2 es r2=(0−4)2+(3−0)2=16+9=25=5 m.La magnitud del campo B2 es:
B2=2πr2μ0I2=2π⋅5 m4π⋅10−7 T⋅m/A⋅2 A=54⋅10−7 T
Aplicando la regla de la mano derecha (corriente en −z), el campo en (0,3) tiene una componente en +x y otra en +y. El vector de posición relativa del hilo 2 al punto A es r2A=(0−4)i^+(3−0)j^=−4i^+3j^. Para una corriente en −z, el campo magnético está en la dirección perpendicular y en sentido horario. Un vector perpendicular a (−4,3) en sentido horario es (3,4). Normalizando y multiplicando por la magnitud:
B2=B2(53i^+54j^)=54⋅10−7(53i^+54j^)=(2512i^+2516j^)⋅10−7 T
El campo magnético total en el punto A es la suma vectorial:
BA=B1+B2=(−34i^)⋅10−7+(2512i^+2516j^)⋅10−7
BA=(−34+2512)⋅10−7i^+2516⋅10−7j^
BA=(−75100+7536)⋅10−7i^+7548⋅10−7j^
BA=(−7564i^+7548j^)⋅10−7 T
BA≈(−0.853i^+0.640j^)⋅10−7 T
b) Campo magnético en el punto B(2,3) m.
Para el hilo 1 (en (0,0) m, I1 en +z):La distancia del punto B(2,3) al hilo 1 es r1=(2−0)2+(3−0)2=4+9=13 m.La magnitud del campo B1 es:
B1=2πr1μ0I1=2π⋅13 m4π⋅10−7 T⋅m/A⋅2 A=134⋅10−7 T
El vector de posición relativa del hilo 1 al punto B es r1B=(2−0)i^+(3−0)j^=2i^+3j^. Para una corriente en +z, el campo magnético está en la dirección perpendicular y en sentido antihorario. Un vector perpendicular a (2,3) en sentido antihorario es (−3,2). Normalizando y multiplicando por la magnitud:
B1=B1(13−3i^+132j^)=134⋅10−7(13−3i^+132j^)=(−1312i^+138j^)⋅10−7 T
Para el hilo 2 (en (4,0) m, I2 en −z):La distancia del punto B(2,3) al hilo 2 es r2=(2−4)2+(3−0)2=(−2)2+32=4+9=13 m.La magnitud del campo B2 es:
B2=2πr2μ0I2=2π⋅13 m4π⋅10−7 T⋅m/A⋅2 A=134⋅10−7 T
El vector de posición relativa del hilo 2 al punto B es r2B=(2−4)i^+(3−0)j^=−2i^+3j^. Para una corriente en −z, el campo magnético está en la dirección perpendicular y en sentido horario. Un vector perpendicular a (−2,3) en sentido horario es (3,2). Normalizando y multiplicando por la magnitud:
B2=B2(133i^+132j^)=134⋅10−7(133i^+132j^)=(1312i^+138j^)⋅10−7 T
El campo magnético total en el punto B es la suma vectorial: