FísicaMedioCuestión · 1 pts

Campo magnético creado por corrientes

También trata: Movimiento de cargas: fuerza de Lorentz
Castilla-La Mancha · 2023 · Julio
Enunciado
En la figura se muestra un conductor muy largo y un electrón que se mueve paralelamente al conductor.
Conductor horizontal con I = 2,0 A hacia la derecha y, 8,0 cm por debajo, un electrón que se mueve también hacia la derecha
Conductor horizontal con I = 2,0 A hacia la derecha y, 8,0 cm por debajo, un electrón que se mueve también hacia la derecha
a) Calcula el módulo del vector B⃗\vec B que produce la corriente eléctrica en el punto en que se encuentra el electrón.

b) Qué dirección y sentido habría que dar a un campo eléctrico externo que añadiésemos para que el electrón mantenga la trayectoria rectilínea mostrada. Incluye un esquema donde aparezcan las fuerzas implicadas y los vectores B⃗\vec B y E⃗\vec E.

Dato: μ0=4π⋅10−7 T m A−1\mu_0 = 4\pi\cdot 10^{-7}\,\text{T m A}^{-1}
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Resultado
  B=5,0⋅10−6 T (entrando en el papel)E⃗ perpendicular al hilo, hacia abajo, con E=vB  \boxed{\;B = 5{,}0\cdot 10^{-6}\ \text{T (entrando en el papel)}\qquad \vec E \text{ perpendicular al hilo, hacia abajo, con } E = vB\;}
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
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Estrategia

El campo de un hilo es B=μ0I/(2πd)B = \mu_0 I/(2\pi d), con las líneas en circunferencias (regla de la mano derecha). La fuerza magnética sobre el electrón es F⃗B=q v⃗×B⃗\vec F_B = q\,\vec v\times\vec B con q=−eq = -e. El campo eléctrico debe producir una fuerza igual y opuesta, qE⃗=−F⃗Bq\vec E = -\vec F_B.
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Desarrollo

a)B=μ0I2πd=4π⋅10−7⋅2,02π⋅0,080=5,0⋅10−6 TB = \frac{\mu_0 I}{2\pi d} = \frac{4\pi\cdot 10^{-7}\cdot 2{,}0}{2\pi\cdot 0{,}080} = 5{,}0\cdot 10^{-6}\ \text{T}b) Ejes: XX hacia la derecha (sentido de la corriente y de la velocidad), YY hacia arriba (del electrón hacia el hilo) y ZZ saliendo del papel. Por debajo de un hilo con corriente hacia la derecha, el campo entra en el papel: B⃗=−B k⃗\vec B = -B\,\vec k.

Fuerza magnética sobre el electrón:F⃗B=(−e) (v i⃗)×(−B k⃗)=(−e) vB [i⃗×(−k⃗)]=(−e) vB j⃗=−evB j⃗\vec F_B = (-e)\,(v\,\vec i)\times(-B\,\vec k) = (-e)\,vB\,\left[\vec i\times(-\vec k)\right] = (-e)\,vB\,\vec j = -e v B\,\vec jLa fuerza magnética empuja al electrón hacia abajo, alejándolo del hilo.

Para que siga en línea recta, la fuerza eléctrica debe valer evBe v B hacia arriba (+j⃗+\vec j). Como la carga es negativa, el campo eléctrico tiene que apuntar al revés:F⃗E=−e E⃗=+evB j⃗⟹E⃗=−vB j⃗\vec F_E = -e\,\vec E = +e v B\,\vec j \quad\Longrightarrow\quad \vec E = -vB\,\vec jEl campo eléctrico debe ser perpendicular al hilo y a la velocidad, en el plano del papel, apuntando hacia abajo (alejándose del conductor), con módulo E=vB=5,0⋅10−6 vE = vB = 5{,}0\cdot 10^{-6}\,v (en V/m, con vv en m/s).
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Consejo

Con electrones, haz el producto v⃗×B⃗\vec v\times\vec B y después cambia el signo por la carga negativa. Y comprueba: un electrón que va en el sentido de la corriente equivale a una corriente opuesta, así que el hilo lo repele.
Paso 1 de 3
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