Resumen Con el objetico de comprobar la presencia de campo magnético cuando hay una corriente eléctrica en movimiento por un conductor recto conectado a una fuente de voltaje y viceversa,




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títuloResumen Con el objetico de comprobar la presencia de campo magnético cuando hay una corriente eléctrica en movimiento por un conductor recto conectado a una fuente de voltaje y viceversa,
fecha de publicación05.01.2016
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Revista Colombiana de Física





Corriente en un conductor recto


Current in a straight conductor
Johana Viginia Hernández1
1 Fluidos y Electromagnetismo para Biociencias, Dpto. Farmacia, Universidad Nacional de Colombia, Carrera 45 Nº 26-85, Bogotá.

10 de Mayo de 2010




Resumen

Con el objetico de comprobar la presencia de campo magnético cuando hay una corriente eléctrica en movimiento por un conductor recto conectado a una fuente de voltaje y viceversa, se empleó una aguja imantada, para el experimento en particular una brújula, y se realizaron movimientos circulares, de alejamiento y de aciercamiento con respecto a un conductor fijo. Asi se concluyo que NO hay evidencia de un Campo magnético producito por un conductor que no lleva corriente y que SI la hay para un conductor conectado a una fuente encendida. Como por ejemplo, si hay una corriente eléctrica circulando por un conductor, se verá que en el espacio que lo rodea hay un campo magnético, se observo esto según el movimiento de la aguja de la brújula. Se busca pues, demostrar empíricamente que un conductor de corriente puede mover o desviar la aguja imantada de una brújula colocada en dirección perpendicular a un conductor eléctrico.
Palabras clave: Electromagnetismo, corriente eléctrica, conductor, brújula, campo magnético.
Abstract

With the purpose of showing the presence of Magnetic field when there is an electric current moving in a straight conductor, that is at the same time connected to a source and viceversa, we used a magnetized needle, for this particular experiment a compass and we made it move in circular motion, movement away and movement toward with respect to a fixed conductor. This way there may be a conclusion of NO evidence of a magnetic field produced by a conductor with no current and that there IS evidence of Magnetic filed for a conductor with electric current. For example, if there is an electrical current in a conductor, there will be a magnetic field in the space around. Our objective is therefore, to show empirically that a conductor of electric current can move the needle of a compass, that is in perpendicularly to an electrical conductor.
Keywords: Electromagnetism, electric current, conductor, compass, magnetic field.



1. Introducción
Fue el físico y químico danés Hans Christian Oersted (1777-1851) quien observó por primera vez la relación existente entre la electricidad y el magnetismo.
En la década de 1810 predijo la existencia de fenómenos electromagnéticos, sin embargo, no fue sino hasta 1820 cuando en compañía de André Marie Ampere (1775-1836) demostró que sus predicciones eran correctas. Ampere, por su parte luego de conocer los experimentos de Oersted, desarrollo su teoría, la cual sería el punto de partida del electromagnetismo. Hoy en día, ambos son considerados como grandes contribuyentes en el descubrimiento del electromagnetismo.
Hay muchos otros hombres de ciencia que aportaron sus investigaciones al descubrimiento del electromagnetismo, entre ellos se tiene a William Gilbert, Michael Faraday, Stephen Gray, Benjamin Franklin, Georg Simon Ohm y Joseph Henry. Sin embargo ya desde la antigua Grecia se tenía conocimiento de los fenómenos mangéticos y eléctricos, pero no fue sino hasta 1861 cuando James Clerk Maxwell unificó las investigaciones y experimentos para conformar un conjunto de cuatro ecuaciones que describían los fenómenos eléctricos y magneticos como uno solo: el Electromagnetismo.
Ampere fue un matemático y físico francés, cuyas teorías se publicaron en 1822, allí se recopilaban sus interpretaciones sobre la relación entre electricidad y magnetismo. Ampere también descubrió las leyes que hacen posible el experimento que aquí se presenta: causar el desvio de una aguja magnética por una corriente eléctrica; de esta manera, en este trabajo también se relaciona como la teorás de Ampere son la base para el funcionamiento de los actuales aparatos de medida.

2. Aspectos teóricos
El campo magnético es el campo generado por un imán, se conoce como aquella región del espacio que lo rodea y dentro de la cual éste ejerce acciones sensibles de atracción o de repulsión. El magnetismo juega un papel muy importante en la tecnología actual. Los imanes se usan para elaborar imágenes de partes del cuerpo, explorar el cerebro, almacenar datos en computadores. El estudio del magnetismo también ha permitido explorar la estructura del universo y la estructura atómica de la materia.
Campo magnético terrestre: Desde la antigüedad se conoce que la tierra se comporta como un gran imán con polos magnéticos próximos a los polos geográficos norte y sur. Una aguja imantada (brújula o dipolo magnético) se orienta siempre sobre la superficie terrestre indicando el norte. Como el polo norte de la aguja de una brújula apunta en dirección al norte geográfico, el polo sur magnético está próximo al polo sur geográfico. La orientación de la brújula indica la existencia de un campo magnético terrestre sobre la tierra.
Un Conductor Eléctrico es aquel cuerpo que puesto en contacto con un cuerpo cargado de electricidad transmite ésta a todos los puntos de su superficie. Generalmente elementos, aleaciones o compuestos con electrones libres que permiten el movimiento de cargas.
La ley de Biot- Savart :El físico Jean Biot dedujo esta ecuación que permite calcular el campo magnético B creado por un circuito de cualquier forma recorrido por una corriente de intensidad i.
B es el vector campo magnético existente en un punto P del espacio, ut es un vector unitario cuya dirección es tangente al circuito y que nos indica el sentido de la corriente en la posición donde se encuentra el elemento dl. ur es un vector unitario que señala la posición del punto P respecto del elemento de corriente, m0/4p = 10-7 en el Sistema Internacional de Unidades.
Ley de Ampere: Ampere descubrió las acciones mutuas entre correintes eléctricas, al demostrar que dos conductores paralelos por los que circula una corriente en el mismo sentido, se atraen, mientras que si los sentidos de la corriente son opuestos, se repelen. La unidad de corriente eléctrica, el amperio, recibe este nombre en honor a él. La ley de Ampere relaciona el campo magnético con la corriente eléctrica que lo genera. Se enuncia de la siguiente manera: “La circulación de un campo magnético a lo largo de una línea cerrada es igual al producto de µ0 por la intensidad neta que atraviesa el área limitada por la trayectoria”

Electromagnetismo: Es es una rama de la Física que estudia y nifica los fenómenos eléctricos y magnéticos en una sola teoría, cuyos fundamentos fueron sentados por Michael Faraday y formulados por primera vez de modo completo por James Clerk Maxwell. La formulación consiste en cuatro ecuaciones diferenciales vectoriales que relacionan el campo eléctrico, el campo magnético y sus respectivas fuentes materiales (corriente eléctrica, polarización eléctrica y polarización magnética), conocidas como ecuaciones de Maxwell. El electromagnetismo considerado como una fuerza es una de las cuatro Fuerzas Fundamentales del universo.

2. Aspectos experimentales
Primero se requiere verificar experimentalmente que no hay evidencia de un campo magnético producido por un conductor que no lleva corriente, el conductor debe estar vertical. Entonces se acerca y luego aleja una brújula a un conductor que se encuentra apagado, por ende no lleva corriente. Luego se mueve en cículos alrededor del mismo conductor y se observa si hay movimiento en la aguja imantada.
Acto seguido se debe conectar el conductor a la fuente y se debe encender. Luego de establecer una diferencia de potencial de 0.5 a 1.0 V, se debe mover la brújula igual que en el caso anterior y anotar observaciones. Se escogen algunos puntos y se observa en que dirección se mueve la aguja de la brújula.

3. Resultados y Análisis
Al analizar el movimiento de la aguja de la brújula cuando se acerca y se aleja del conductor que no lleva corriente se puede afirmar que NO hay evidencia de un campo magnético producido. También se procede a mover la brújula alrededor o en círculos del conductor y se observó exactamente lo mismo: la aguja no cambia de dirección, siempre esta apuntando a la misma dirección, hacia el norte, de esto se puede analizar el hecho de que la aguja no cambia de direccion puesto que no hay corriente eléctrica que modifique el campo magnético terrestre.
En seguida se encendíó la fuente y se estableció una diferencia de potencial de 0.8 Voltios. En este caso al realizar movimientos de la brújula alrededor del conductor recto encencido se observó que ahora SI hay evidencia de un campo magnético proveniente de la corriente eléctrica, pues la aguja cambia de dirección cuando la muevo alrededor del conductor. Este nuevo ángulo de giro de la aguja fue en promedio de 30° con respecto al norte geográfico. Los ocho puntos de refencia que tomé fueron: 0°, 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270° y 315°. En todos observe un angulo de giro de la aguja la única diferencia fue en los Angulos de rerencia de 90° y 270°. Puedo analizar también este resulatado de la siguente manera: el movimiento de la aguja fue casi siempre contrario al de las manecillas de un reloj, pues la corriente iba hacia arriba y esto lo confirmo aplicando la laye de la mano derecha, que enuncia que si se empuña con la mano derecha un conductor, en tal forma que el dedo pulgar apunte en la dirección de la corriente, entonces los demás dedos apuntarán en dirección del campo magnético. De los resultados obtenidos deben considerarse que el error experimental está presente en la apreciación de los movimientos de la brújula ya que se realizo de modo cualitativo.

Gráfico N° 1: Regla de la mano derecha.


4. Conclusiones
Se puede demostrar empíricamente que un conductor de corriente puede mover la aguja imantada de una brújula. Es decir un imán o una aguja imantada colocada cerca de un conductor por el que circula una corriente, se desvia o gira, es decir es como si la corriente eléctrica produjera sobre nuestra aguja el efecto de otro imán. Se concluye entonces que toda corriente eléctrica generea a su alrededor un campo magnético.

Cuando la aguja imantada o la aguja de la brújula en este experimento gira lo hace perpendicularmente al conductor recto.
Se observa que no hay evidencias de que haya un campo magnético cuando no hay corriente eléctrica en el conductor recto.
De las observaciones cabe resaltar la importancia de la regla de la mano derecha pues permite corroborar la dirección del campo magnético producido por una corriente eléctrica.

5. Bibliografía

Bautista, Edgar; Ortiz, Marina. Guías de Laboratorio de Física II. Electromagnetismo. Facultad de Ciencias. Departamento de Fisica. Univerisad Nacional De Colombia. Segundo semestre de 2001. Páginas 36 y 37
Serway, Raymond. Physics: For Scientists & Engineers with Modern Physics. 3rd edition. United States of America. 1990. 1450p. Chapter 29, section 2.
Electromagnetismo: Guía de laboratorio. Laboratorio 4, magnetismo. Páginas: 53-57
Quiroga, Jorge E. Curso de Fisica. Tomo II. Séptima edición. Editorial Bedout. 1969. Capítulo XVI: Magnetismo y electromagnetismo. Páginas 244-254
Campo magnético producido por una corriente rectilínea indefinida [en línea]. [citado en 09 de Mayo de 2010].



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