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 derechaa) Calcula el módulo del vector 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 B y E.
Dato: μ0=4π⋅10−7T m A−1
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Resultado
B=5,0⋅10−6T (entrando en el papel)E perpendicular al hilo, hacia abajo, con E=vB
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Estrategia
El campo de un hilo es B=μ0I/(2πd), con las líneas en circunferencias (regla de la mano derecha). La fuerza magnética sobre el electrón es FB=qv×B con q=−e. El campo eléctrico debe producir una fuerza igual y opuesta, qE=−FB.
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Desarrollo
a)B=2πdμ0I=2π⋅0,0804π⋅10−7⋅2,0=5,0⋅10−6Tb) Ejes: X hacia la derecha (sentido de la corriente y de la velocidad), Y hacia arriba (del electrón hacia el hilo) y Z saliendo del papel. Por debajo de un hilo con corriente hacia la derecha, el campo entra en el papel: B=−Bk.
Fuerza magnética sobre el electrón:FB=(−e)(vi)×(−Bk)=(−e)vB[i×(−k)]=(−e)vBj=−evBjLa fuerza magnética empuja al electrón hacia abajo, alejándolo del hilo.
Para que siga en línea recta, la fuerza eléctrica debe valer evB hacia arriba (+j). Como la carga es negativa, el campo eléctrico tiene que apuntar al revés:FE=−eE=+evBj⟹E=−vBjEl 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⋅10−6v (en V/m, con v en m/s).
3
Consejo
Con electrones, haz el producto v×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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