FísicaMedio2 pts

Campo magnético creado por corrientes

Cataluña · 2018 · Junio · Opción B
Enunciado
a) (1 punto) La bacteria Aquaspirillum magnetotacticum contiene partículas muy pequeñas, los magnetosomas, que son sensibles a los campos magnéticos. Utilizan el campo magnético terrestre para orientarse en los océanos y nadar hacia el polo norte geográfico. Se ha cuantificado que una intensidad de campo magnético inferior al 5 % del campo magnético terrestre no tiene efectos sobre esas bacterias. El campo magnético terrestre es de 5,00×10−5 T5{,}00\times 10^{-5}\ \text{T}. Si circula una corriente eléctrica de 100 A100\ \text{A} por una línea submarina, ¿a partir de qué distancia de esta línea el campo magnético dejará de tener efecto sobre las bacterias? Considere la línea submarina como un hilo infinito e ignore los efectos del agua del mar.
Micrografía de la bacteria Aquaspirillum magnetotacticum con una hilera de magnetosomas señalada
Micrografía de la bacteria Aquaspirillum magnetotacticum con una hilera de magnetosomas señalada
b) (1 punto) En la figura se muestran dos hilos conductores rectilíneos e infinitamente largos, que están ubicados en los puntos 1 y 2. Están separados por 10,0 m10{,}0\ \text{m}, son perpendiculares al plano del papel y por ambos circula una misma intensidad de corriente de 100 A100\ \text{A} en el sentido que va hacia dentro del papel. Represente en un esquema el campo magnético en la posición 1 generado por el conductor que pasa por 2. Represente también la fuerza sobre el conductor que pasa por 1 causada por el conductor que pasa por 2, y calcule el módulo de la fuerza que soportan 2,00 m2{,}00\ \text{m} del conductor que pasa por 1.
Dos hilos perpendiculares al papel, 1 a la izquierda y 2 a la derecha, ambos con la corriente entrando en el papel (símbolo de aspa en un círculo)
Dos hilos perpendiculares al papel, 1 a la izquierda y 2 a la derecha, ambos con la corriente entrando en el papel (símbolo de aspa en un círculo)
Nota: El módulo del campo magnético a una distancia rr de un hilo infinito por el que circula una intensidad II es B=μ0I2πrB = \dfrac{\mu_0 I}{2\pi r}, donde μ0=4π×10−7 T m A−1\mu_0 = 4\pi\times 10^{-7}\ \text{T m A}^{-1}.
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Resultado
  r=8,0 m    B=2,00×10−6 T    F=4,00×10−4 N  \boxed{\;r = 8{,}0\ \text{m}\;}\qquad \boxed{\;B = 2{,}00\times 10^{-6}\ \text{T}\;}\qquad \boxed{\;F = 4{,}00\times 10^{-4}\ \text{N}\;}
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Solución oficial

Corrección oficial de la PAU de Cataluña (Generalitat de Catalunya), traducida del catalán. Las puntuaciones de cada paso son las de la pauta de corrección.
a)

0,2 p. B=μ0I2πr→r=μ0I2πBB = \dfrac{\mu_0 I}{2\pi r} \rightarrow r = \dfrac{\mu_0 I}{2\pi B}

0,4 p. 5% BTerrestre=5100×5,00×10−5=2,50×10−6 T5\%\,B_{Terrestre} = \dfrac{5}{100}\times 5{,}00\times 10^{-5} = 2{,}50\times 10^{-6}\ \text{T}

0,4 p. r=4π×10−7×1002π×2,50×10−6=8,0 mr = \dfrac{4\pi\times 10^{-7}\times 100}{2\pi\times 2{,}50\times 10^{-6}} = 8{,}0\ \text{m}

b)

0,5 p.
Esquema: en el hilo 1, el campo B creado por el conductor 2 apunta hacia arriba y la fuerza F del conductor 2 sobre el 1 apunta hacia la derecha, hacia el hilo 2
Esquema: en el hilo 1, el campo B creado por el conductor 2 apunta hacia arriba y la fuerza F del conductor 2 sobre el 1 apunta hacia la derecha, hacia el hilo 2
Rótulos: «B del conductor 2 en la posición de 1»; «F del conductor 2 sobre 1».

0,2 p. B=μ0I2πr=4π×10−7×1002π×10=2,00×10−6 TB = \dfrac{\mu_0 I}{2\pi r} = \dfrac{4\pi\times 10^{-7}\times 100}{2\pi\times 10} = 2{,}00\times 10^{-6}\ \text{T}

0,3 p. F⃗=I(l⃗×B⃗)→∣F⃗∣=I ∣l⃗∣ ∣B⃗∣sin⁡(90∘)\vec F = I\left(\vec l\times\vec B\right) \rightarrow |\vec F| = I\,|\vec l|\,|\vec B|\sin(90^\circ)F=IlB=100⋅2,00⋅2,00⋅10−6=4,00×10−4 NF = IlB = 100\cdot 2{,}00\cdot 2{,}00\cdot 10^{-6} = 4{,}00\times 10^{-4}\ \text{N}

Corrección oficial en PDF (original en catalán)

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