E L E C T R I C I D A D Campo Magnético Creado por una Corriente Campo Magnético Creado por una Corriente
E L E C T R I C I D A D André-Marie Ampère (1775-1836), fue un matemático, físico y filósofo francés que puede considerarse como uno de los padres del electrodinamismo. De hecho, la unidad de medida de la intensidad de corriente eléctrica, el amperio, fue denominada así en su honor. A los doce años ya dominaba los conocimientos de matemática avanzada y latín. A los dieciocho años, durante la Revolución Francesa, matan a su padre (notario y juez) en la guillotina, lo que le sumió en una gran tristeza y le hizo abandonar sus estudios. Tras este bache, continúa su carrera académica. En 1809 imparte clases de matemáticas en la Escuela Politécnica de París, en 1814 fue elegido miembro de la Academia de Ciencias de Francia, y en 1819 es profesor de Filosofía en la Facultad de Letras de París. En 1820 Oersted expuso el descubrimiento de la desviación de una aguja imantada cercana a una corriente. Esto despertó el interés de Ampère y una semana después de haber presenciado la demostración de Oersted, presentó la primera de una serie de memorias que explicarían teóricamente este resultado experimental. En 1826 publicó su Teoría matemática de los fenómenos electrodinámicos, donde expuso la famosa ley que se conoce como Ley de Ampère. Muere a los 61 años de neumonía en Marsella. Tuvo una exitosa vida científica pero una dura vida personal: la muerte de su padre en la guillotina, la de su primera mujer en plena juventud y la amargura de su segundo matrimonio, explican la inscripción en su lápida: tandem felix (por fin feliz). La ley de Gauss nos permitía calcular el campo eléctrico producido por una distribución de cargas cuando éstas tenían simetría (esférica, cilíndrica o un plano cargado). A pesar de que no existen cargas magnéticas, la ley de Ampère es análoga al teorema de Gauss y permite calcular el campo magnético producido por una distribución de corrientes cuando tienen cierta simetría y no varían en el tiempo. Esta relación, expresada matemáticamente se convierte en: El primer miembro indica la circulación del campo magnético a lo largo de una trayectoria cerrada y en el segundo miembro, el término I se refiere a la intensidad que atraviesa dicho camino cerrado y µo es la permeabilidad magnética en el vacío. James Clerk Maxwell (1831-1879), gran físico inglés, generalizó la anterior ley introduciendo otro término denominado corriente de desplazamiento.
MÁLAGA ANTES DE LA VISITA Campo Magnético Creado por una Corriente La siguiente figura corresponde a un imán. Indica y dibuja los polos del imán y las líneas de campo. Para qué sirve una brújula? En qué basa su funcionamiento? Explica y dibuja el experimento de Oersted. Los imanes producen magnetización pero, conoces más fuentes de campos magnéticos? Quién y cómo descubrió la relación entre electricidad y magnetismo? La ley de Biot y Savart expresa cuantitativamente el valor del campo magnético producido por corrientes eléctricas. Escríbela. Qué diferencias existen entre el campo eléctrico y el campo magnético? El flujo del campo eléctrico se obtiene mediante la ley de Gauss. Qué expresión existe en magnetismo que permite obtener el flujo del campo magnético? Analízala. Qué es un electroimán? Cómo podrías construir uno? 1
E L E C T R I C I D A D DURANTE LA VISITA Observa y dibuja la disposición de las brújulas que hay alrededor de la espira. Haz pasar la corriente por la espira. Fíjate ahora en la disposición de las brújulas y vuelve a dibujarlas. 2
MÁLAGA DESPUÉS DE LA VISITA Campo Magnético Creado por una Corriente Analiza lo que observaste en el módulo durante la visita. Si en vez de tener una espira en el módulo, hubieras tenido un conductor rectilíneo y las brújulas rodeándolo circularmente. Qué dirección hubieran tomado las agujas imantadas? Por qué? Represéntalo en el siguiente dibujo. Utiliza la ley de Ampère para calcular el campo magnético producido por una corriente que circula por un conductor rectilíneo y por un toroide (formado por espiras de conductor arrolladas alrededor de un aro a modo de neumático). Existen aparatos que sirven para medir intensidades de corriente y diferencias de potencial: los amperímetros, galvanómetros y voltímetros. Contienen un imán fijo pero, cuál es la base de su funcionamiento? Infórmate de otros dispositivos tecnológicos que utilicen imanes para su funcionamiento. 3
E L E C T R I C I D A D De qué material están hechas las cintas magnéticas de tarjetas de crédito, de teléfono? Explica en qué se basa el funcionamiento de las mismas. Un amigo te pide tu brújula favorita y pinta la aguja entera de rojo. Cuando te das cuenta, te hallas perdido en una cueva. Tan sólo llevas un par de linternas y unos cuantos metros de cable. Cómo podrías saber cuál es el extremo de la brújula que indica el norte? Construye una brújula: Frota al menos veinte veces una aguja con un extremo de un imán. Cuando la hayas magnetizado, pínchala sobre un tapón de corcho colocado en un plato con agua. Qué observas? Por qué? 4
MÁLAGA Campo Magnético Creado por una Corriente CURIOSIDADES Se han contado muchas historias de lo distraído de Ampère, una peculiaridad que compartía con Newton. En una ocasión, olvidó una invitación a cenar con el emperador Napoleón. La brújula es un instrumento magnético consistente en una aguja imantada que gira libremente sobre un eje bajo la influencia del campo magnético terrestre, indicando el norte magnético. Su invención parece deberse a la cultura china unos 2500 años a.c., aunque la primera referencia escrita de su uso por los chinos data del s.xi. En la cultura árabe se menciona por primera vez en 1220. Probablemente fueron ellos quienes la introdujeron en Europa (aunque otros opinan que fue Marco Polo), donde no tardó en ser adoptada por los vikingos. En su versión primitiva (brújula flotante) consistía en una aguja magnética montada sobre un flotador que se colocaba en un recipiente con agua. Brújula giroscópica A principios del s. XX aparece la brújula giroscópica o girocompás, que no se ve afectado por el campo magnético terrestre. Consiste en un giróscopo, cuyo rotor gira alrededor de un eje horizontal paralelo al eje de rotación de la tierra, indicando así el norte geográfico. Desde la década de los setenta, existe una importante preocupación por los posibles efectos que sobre la salud pudiera ocasionar los campos electromagnéticos producidos por líneas eléctricas de alta tensión; sin embargo tras numerosos estudios llevados a cabo no se puede afirmar que existan efectos a largo plazo sobre la salud pública como consecuencia de la exposición a estos campos electromagnéticos. 5
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