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Campo magnético creado por corrientes

Extremadura · 2017 · Junio · Opción A
Enunciado
En el interior de un determinado medio se encuentra un cable conductor recto e indefinido por el que circula una corriente eléctrica de intensidad 15 A15\ \text{A}. Como consecuencia se genera un campo magnético de 45⋅10−5 T45\cdot 10^{-5}\ \text{T} a una distancia de 3 cm3\ \text{cm} de dicho conductor y en un plano perpendicular al mismo. Determine la permeabilidad magnética del medio.
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Resultado
  μ=2π d BI=5,65⋅10−6 T m/Aμr=μμ0=4,5  \boxed{\;\mu = \frac{2\pi\,d\,B}{I} = 5{,}65\cdot 10^{-6}\ \text{T}\,\text{m}/\text{A}\qquad \mu_r = \frac{\mu}{\mu_0} = 4{,}5\;}
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Estrategia

Un hilo recto e indefinido crea un campo magnético cuyas líneas son circunferencias centradas en el hilo, en los planos perpendiculares a él. Su módulo lo da la ley de Biot y Savart (o la de Ampère), con la permeabilidad μ\mu del medio en lugar de la del vacío, μ0\mu_0. Basta con despejar μ\mu y, para interpretarla, compararla con μ0\mu_0.
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Desarrollo

El campo de un conductor rectilíneo indefinido a una distancia dd esB=μ I2π dB = \frac{\mu\,I}{2\pi\,d}donde μ\mu es la permeabilidad magnética del medio en el que está el hilo. Despejamos:μ=2π d BI\mu = \frac{2\pi\,d\,B}{I}Pasamos la distancia al SI, d=3 cm=0,03 md = 3\ \text{cm} = 0{,}03\ \text{m}, y escribimos el campo en notación científica normalizada, B=45⋅10−5 T=4,5⋅10−4 TB = 45\cdot 10^{-5}\ \text{T} = 4{,}5\cdot 10^{-4}\ \text{T}:μ=2π⋅0,03⋅4,5⋅10−415=5,65⋅10−6 T m/A\mu = \frac{2\pi\cdot 0{,}03\cdot 4{,}5\cdot 10^{-4}}{15} = 5{,}65\cdot 10^{-6}\ \text{T}\,\text{m}/\text{A}La unidad T m/A\text{T}\,\text{m}/\text{A} es lo mismo que N/A2\text{N}/\text{A}^2 o H/m\text{H}/\text{m}.

Interpretación. Comparada con la permeabilidad del vacío, μ0=4π⋅10−7 T m/A\mu_0 = 4\pi\cdot 10^{-7}\ \text{T}\,\text{m}/\text{A}, la permeabilidad relativa del medio esμr=μμ0=5,65⋅10−64π⋅10−7=4,5\mu_r = \frac{\mu}{\mu_0} = \frac{5{,}65\cdot 10^{-6}}{4\pi\cdot 10^{-7}} = 4{,}5En ese medio el hilo crea un campo 4,5 veces mayor que en el vacío con la misma corriente: es un material que refuerza el campo magnético. Con μr=4,5\mu_r = 4{,}5 tendría que ser ferromagnético (de permeabilidad baja): en los paramagnéticos μr\mu_r apenas supera la unidad (del orden de 1,000011{,}00001).
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Consejo

La fórmula del hilo lleva μ0\mu_0 solo cuando el hilo está en el vacío (o en el aire). Si el enunciado habla de «un determinado medio», cambia μ0\mu_0 por μ\mu y despeja.

Cuidado con los datos «raros» como 45⋅10−545\cdot 10^{-5}: normalízalo a 4,5⋅10−44{,}5\cdot 10^{-4} antes de meterlo en la calculadora y no olvides pasar los 3 cm a metros.
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