Ley de ampere

DEPARTAMENTO DE FÍSICA DE MATERIALES

LEY DE AMPÈRE
INTRODUCCIÓN Las interacciones eléctrica y magnética pueden considerarse como manifestaciones particulares de la interacción electromagnética. Aunque ambas están asociadas con la propiedad de las partículas que conocemos como carga, la interacción magnética solo se manifiesta cuando las cargas están en movimiento. Por lo tanto, cuando por unconductor circula una corriente eléctrica, ésta creará un campo magnético en el exterior, mientras que el campo eléctrico en el exterior será prácticamente nulo al ser el conductor eléctricamente neutro -tiene tantas cargas positivas (protones) como negativas (electrones). En el caso de un conductor rectilíneo indefinido por el que circula una corriente eléctrica r de intensidad I, el campomagnético B creado en un punto exterior a distancia r del centro del hilo viene dado por:

r I r B = µ0 u ! 2! r "

(1)

siendo las líneas de campo magnético circunferencias con centro en el conductor (ver figura 1). r r Por otro lado, cuando una carga q se mueve en presencia de un campo magnético B a velocidad v , la r carga se ve sometida a la fuerza de Lorentz (ver práctica 3) que en este caso (E =0) viene dada por:

r r r F = qv ! B
!

! (2)

!

Si en lugar de una única carga se tiene una corriente eléctrica rectilínea de intensidad I (I=dq/dt) y de longitud L, la expresión de la fuerza sobre ella será (ley de Ampère para una corriente rectilínea):

I

I B F

r r r F = ILu L ! B

(3)

r

Como consecuencia de estos dos fenómenos, dos corrientes eléctricasinteraccionan entre sí. En el caso de dos tramos de corriente eléctrica rectilíneos y paralelos de longitud L, intensidad I y sentido contrario (como en la figura 1) la fuerza de interacción viene dada por:

Figura 1.

r L 2r F = µ0 I ur 2! r

(4)

Laboratorio de Física II. P4. Ley de Ampère. 14/01/08

1

Es decir, la fuerza será inversamente proporcional a la distancia que separa los (centrosde los) conductores y directamente proporcional al producto de las intensidades de corriente eléctrica que circulan por ellos. Para tener una información más amplia y visual sobre los contenidos de esta práctica se recomienda visitar la dirección de internet: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/magnetic/amplaw.html#c1. En esta práctica se verificará que la ley de Ampère - ecuación (4) -describe adecuadamente la interacción entre dos tramos de corriente rectilíneos y paralelos, y se determinará el valor de la permeabilidad magnética del vacío µ0. Así mismo se comprobará que el campo magnético creado por una corriente rectilínea varía con la distancia de acuerdo a la ecuación (1). MÉTODO EXPERIMENTAL Para verificar la ley de Ampère se utilizará el montaje de la figura 2. En estafigura se muestra una balanza (de torsión), que permitirá medir la fuerza entre dos corrientes paralelas. En ausencia de corriente la balanza se equilibra mediante el contrapeso deslizante (y girando el tope trasero del hilo para un ajuste fino). El buen equilibrado de la balanza es muy importante para todo el desarrollo de la práctica y hay que comprobarlo a cada paso. Si una vez equilibrada labalanza se hace circular por el circuito una corriente de intensidad I, ésta pasará tanto por el conductor fijo situado bajo la balanza, como por el tramo de la balanza situado justo encima. Como consecuencia de la interacción entre estas dos corrientes la balanza se desequilibrará. Si se introduce una fuerza que vuelva a equilibrar la balanza, el valor de esta fuerza será igual a la debida a lainteracción de las corrientes.

Figura 2

a) Determinación de la constante de torsión del hilo Para poder utilizar la balanza se necesita determinar primeramente la constante de torsión del hilo (relación entre el ángulo girado y la fuerza realizada) con la mayor precisión posible. Para ello, en ausencia de corriente, se equilibrará la balanza haciendo que el ángulo θ indicado en el disco...