Bitácora · Física 1 · Ejemplo

Dos alambres que se atraen

Práctico 6 · Ejercicio 9 · la atracción dice el sentido y la fuerza da la corriente de abajo, 40 000 A; con dos mil veces más corriente abajo, el cero queda pegado al de arriba, a 0,25 mm

Dos preguntas encadenadas: la fuerza entre los alambres dice cuánta corriente lleva el de abajo y en qué sentido, y con eso se ubica dónde se anula el campo. La sorpresa es el número del medio.

01 · El enunciado

Dos alambres largos y paralelos se atraen entre sí con una fuerza por unidad de longitud igual a 320 mN/m cuando están separados una distancia vertical de 0.5 m. La corriente en el alambre superior es de 20.0 A hacia la derecha. Determine la ubicación de la línea en el plano de los dos alambres a lo largo de la cual el campo magnético total es igual a cero.

20,0 A I₂ = ? 0,5 m

02 · Antes de hacer cuentas

Qué dice «se atraen». Dos alambres paralelos se atraen cuando sus corrientes van en el mismo sentido y se repelen cuando van en sentidos opuestos: es lo que muestra la nota de la fuerza entre alambres paralelos. Así que el de abajo también lleva su corriente hacia la derecha. Y el módulo de la fuerza,

FL=μ0I1I22πd

tiene una sola incógnita, I2.

Dónde puede estar el cero. Cada alambre crea un campo magnético que gira a su alrededor, con módulo μ0I/(2πr): es el campo de un alambre. Mirando la hoja de costado, como en la figura, ese campo atraviesa la hoja: con la corriente hacia la derecha, la regla de la mano derecha da que arriba del alambre sale (⊙) y abajo entra (⊗). Con las dos corrientes hacia la derecha, entre los alambres el de arriba aporta ⊗ y el de abajo ⊙: se oponen. Afuera, los dos apuntan igual. El cero está entre los dos.

20 AI₂ los dos salen: se suman supinf opuestos: acá puede estar el cero los dos entran: se suman arribaabajo

los dos alambres de costado; en cada región, el campo del de arriba (sup) y el del de abajo (inf)

Qué esperamos. 320 mN/m es una fuerza grande para alambres a medio metro: con dos corrientes de 20 A sería 2·10−7·400/0,5=0,16 mN/m, dos mil veces menos. La corriente de abajo tiene que ser enorme, y el cero tiene que quedar muy cerca del de arriba: el cero está del lado de la corriente chica.

03 · La resolución

Paso 1: la corriente de abajo. Despejando de la fuerza:

I2=2πd(F/L)μ0I1=2π·0,5·0,324π·10−7·20 I2=40000 A

hacia la derecha, como el de arriba. Sí: cuarenta mil amperes, del orden de la corriente de un rayo. El número es raro, pero es el que el enunciado pide.

Paso 2: las dos flechas en un punto entre ellos. Sea y la distancia del punto al alambre de arriba; al de abajo hay d−y. El de arriba aporta μ0I1/(2πy) entrando a la hoja; el de abajo, μ0I2/(2π(d−y)) saliendo. Son dos flechas sobre la misma recta, perpendicular a la hoja, en sentidos contrarios.

Paso 3: dónde son iguales.

μ0I12πy=μ0I22π(d−y)⇒y=I1dI1+I2 y=20·0,540020=2,50·10−4 m=0,250 mm

El campo se anula sobre la recta paralela a los dos alambres, en su plano, entre ellos, a 0,25 mm por debajo del alambre de arriba. Ahí cada uno aporta 16,0 mT, uno entrando y el otro saliendo.

Simulación La balanza de los dos campos — un punto entre los alambres, a distancia y del de arriba. La barra de cada alambre apunta a la izquierda si su campo entra (⊗) y a la derecha si sale (⊙); la azul es la suma. La barra más larga mide siempre lo mismo: los valores, abajo. La escala de y es logarítmica: buscá dónde se equilibran.
B del de arriba B del de abajo suma

Qué mirar. En casi todo el espacio entre los alambres manda el de abajo: a 1 cm del de arriba, el de abajo todavía da cuarenta veces más. Para que el de 20 A empate hay que acercarse a él hasta un cuarto de milímetro. En una figura a escala, el cero quedaría dibujado encima del alambre.

04 · El chequeo

Unidades. d(F/L)/(μ0I) es m·(N/m)/(T·m/A·A) = N/(T·m) = A, porque un tesla es N/(A·m).

La fuerza, de vuelta. El de arriba crea en el de abajo μ0·20/(2π·0,5)=8 µT, y sobre 40 000 A eso es IB=40000·8·10−6=0,32 N/m.

Un caso límite. Con corrientes iguales el cero estaría en el medio, a d/2. La fórmula y=dI1/(I1+I2) lo da, y a medida que I2 crece, empuja el cero hacia el de arriba: con una razón de 2000 a 1, queda a d/2001.

¿Razonable? Los alambres del enunciado se suponen infinitamente finos. Un cable real de 40 000 A tendría varios centímetros de radio, y el punto a 0,25 mm de un alambre de 20 A podría quedar adentro de alguno de los dos. Como ejercicio de superposición, la cuenta es la correcta.

05 · Lo que se lleva

La fuerza dice el sentido. Se atraen: mismo sentido. Se repelen: opuestos. Y con el sentido se sabe dónde buscar el cero antes de calcular nada: entre los dos si van igual, afuera si van al revés.

El cero reparte la distancia según las corrientes. Entre dos alambres del mismo sentido, el cero divide d en la proporción de las corrientes, y queda más cerca del que lleva menos. Con una razón grande, queda casi encima.

Para practicar lo mismo

La misma cuenta, con corrientes opuestas y el cero afuera, es el inciso (b) de dos corrientes opuestas; leída al revés, desde el cero hacia las corrientes, es el cero a un tercio.

← Anterior Siguiente → Inicio
Relacionados Fuerza entre alambres paralelos El campo de un alambre El cero está del lado de la corriente chica Dónde se anula entre dos alambres