Explorando el Electromagnetismo: Leyes de Biot-Savart, Faraday y Ampère

Electromagnetismo: Leyes Fundamentales

Ley de Biot-Savart

Biot y Savart dedujeron una expresión para el campo magnético creado por un elemento diferencial de corriente (dl) en un punto del espacio que lo rodea. Siendo μ₀ (permeabilidad magnética) = 4πk' = 4π * 10⁻⁷. Mediante integración podemos determinar el valor del campo magnético en las cercanías de corrientes eléctricas.

Campo Magnético Creado por un Conductor Rectilíneo

La inducción magnética (B), en un punto situado a una distancia d de un conductor rectilíneo por el que circula una corriente de intensidad I es: B = 2K'I/d = μ₀I/2πd. La dirección del vector B se puede obtener mediante la regla de la mano derecha.

Campo Magnético en el Centro de una Espira Circular

Si llamamos r al radio de la espira: B = 2K'πI/R = μ₀I/2R. La dirección del vector B se puede obtener mediante la regla de la mano derecha.

Leyes de Faraday-Henry

Las experiencias de Faraday, recogidas en su "Ley de la inducción", establecen que el origen de las corrientes inducidas en un circuito es la variación del flujo magnético que lo atraviesa.

Ley de Faraday

La fuerza electromotriz (fem) generada por un circuito es igual a la derivada temporal del flujo magnético que lo atraviesa: ε = dΦ/dt. Esta ley (conocida también como de Faraday-Henry) se expresa a veces como: ε = -N dΦ/dt o |ε| = N |ΔΦ| / Δt, siendo N el número de espiras. El signo - está relacionado con la ley de Lenz. La fem no es una fuerza, en el S.I se mide en V.

Faraday comprobaba cómo era posible generar corrientes eléctricas ayudándose de imanes y Henry desplazaba conductores rectilíneos en el interior de campos magnéticos. En el caso de Henry el valor de la fem es: ε = B * l * v

Magnetismo

Desde la antigüedad se conocen elementos magnéticos (magnetita). El estudio de la naturaleza, interacciones y propiedades de los imanes forman parte del magnetismo. Los imanes tienen zonas denominadas polos, donde los efectos magnéticos se intensifican: el polo norte y el polo sur. Los imanes interaccionan magnéticamente entre ellos, de manera que los polos del mismo nombre se repelen y los polos de distinto nombre se atraen. Los monopolos magnéticos nunca se han observado. La interacción de imanes hace que estos creen campos magnéticos. El campo magnético se designa mediante la letra B y su unidad en el SI es el Tesla (T).

Líneas de Campo Magnético

Las líneas de campo magnético son curvas tangentes al vector campo magnético en cada punto.

Características:

• En el espacio que rodea los imanes, los polos norte actúan como fuentes de campo magnético y los polos sur actúan como sumideros de líneas.
• Las líneas de campo magnético son siempre cerradas.

Principio de Superposición

Los campos magnéticos creados por distribuciones de corriente eléctrica cumplen el principio de superposición: el campo magnético total en un punto se puede escribir como la suma vectorial de los campos que cada distribución de corriente cercana crea en ese mismo punto.

Ley de Ampère

La integral de la línea del campo magnético alrededor de una curva cerrada y orientada, C, es igual a la permeabilidad del vacío por la corriente neta Ic que pasa a través del área encerrada por C.