Electromagnetismo: Fuerzas entre Corrientes Eléctricas y Definición del Amperio

Fuerzas Magnéticas entre Corrientes Eléctricas Paralelas y Definición del Amperio

André-Marie Ampère estudió las fuerzas magnéticas que se ejercen mutuamente dos corrientes paralelas. Observó que si las corrientes eléctricas tenían el mismo sentido, los hilos se atraían, mientras que si las corrientes eran de sentidos contrarios, se repelían.

Fundamentos de la Interacción Magnética

Una corriente eléctrica crea un campo magnético a su alrededor, y este campo se puede calcular mediante la Ley de Biot-Savart. Si introducimos un conductor que lleva una corriente en un campo magnético, este campo ejercerá una fuerza magnética sobre el conductor (Ley de Lorentz). Por lo tanto, cuando tenemos dos corrientes paralelas, la fuerza magnética que crea una de ellas ejercerá una fuerza magnética sobre la otra corriente, y viceversa.

Cálculo de la Fuerza entre Dos Conductores Rectilíneos

Supongamos que tenemos dos conductores rectilíneos e indefinidos, paralelos entre sí y separados por una distancia d.

Campo Magnético Creado por un Conductor

Aplicando la Ley de Biot-Savart, el campo magnético (B) que el conductor 1 crea a una distancia d es:

B₁ = (μ₀ * I₁) / (2π * d)

El vector B es perpendicular al conductor 2, y su sentido se puede determinar con la regla de la mano derecha.

Fuerza Ejercida sobre el Segundo Conductor

Por lo tanto, la fuerza (F) que ejerce el conductor 1 sobre el conductor 2 es:

F₁₂ = I₂ * L * B₁ * sin(θ)

Donde θ es el ángulo entre la corriente y el campo magnético, que en este caso es 90°, por lo que sin(θ) = 1. Sustituyendo B₁ en la expresión de la fuerza, obtenemos:

F₁₂ = I₂ * L * (μ₀ * I₁) / (2π * d)

La dirección de esta fuerza será perpendicular al plano formado por los vectores de corriente (I) y campo magnético (B), y su sentido se determina con la regla de la mano izquierda.

Interacción Recíproca y Fuerza por Unidad de Longitud

Del mismo modo, el campo magnético que el conductor 2 crea a una distancia d es:

B₂ = (μ₀ * I₂) / (2π * d)

La fuerza ejercida por el conductor 2 sobre el conductor 1 (F₂₁) tiene el mismo módulo y dirección, pero sentido contrario, ya que estas fuerzas cumplen el principio de acción y reacción.

La fuerza que experimentan los conductores por unidad de longitud (F/L) es:

F/L = (μ₀ * I₁ * I₂) / (2π * d)

Definición del Amperio (A)

A partir de la interacción entre dos corrientes paralelas, se puede definir la unidad de intensidad de corriente eléctrica en el Sistema Internacional (SI), a la que se le da el nombre de Amperio (A) en honor a André-Marie Ampère.

Un Amperio se define como la intensidad de corriente eléctrica que, circulando por dos conductores rectilíneos, paralelos e indefinidos, separados por una distancia de un metro en el vacío, provoca que ambos se atraigan o se repelan con una fuerza de 2 × 10⁻⁷ Newtons por cada metro de longitud.