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Campo magnético creado por corrientes

Castilla y León · 2024 · Junio
Enunciado
Dos conductores rectilíneos, paralelos e indefinidos, C1C_1 y C2C_2 distan entre sí 10 cm10\ \text{cm}. Por el conductor C1C_1 circula una corriente de 10 A10\ \text{A} y por el conductor C2C_2 otra corriente de 15 A15\ \text{A} en el mismo sentido que la anterior. Calcule el campo magnético en un punto PP situado a una distancia de 5 cm5\ \text{cm} de C1C_1 y 15 cm15\ \text{cm} de C2C_2, que se encuentra en el plano definido por ambos conductores. Realice un diagrama ilustrativo en el que se muestre el campo magnético generado por cada hilo y el campo total.

Datos (de la tabla de constantes del examen): μ0=4π⋅10−7 N A−2\mu_0 = 4\pi\cdot 10^{-7}\ \text{N}\,\text{A}^{-2}.
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Resultado
  B1=4,00⋅10−5 TB2=2,00⋅10−5 T  \boxed{\;B_1 = 4{,}00\cdot 10^{-5}\ \text{T}\qquad B_2 = 2{,}00\cdot 10^{-5}\ \text{T}\;}  B=6,00⋅10−5 T, perpendicular al plano de los hilos (⊙ en el diagrama), con B⃗1 y B⃗2 en el mismo sentido  \boxed{\;B = 6{,}00\cdot 10^{-5}\ \text{T},\ \text{perpendicular al plano de los hilos (}\odot\text{ en el diagrama), con } \vec B_1 \text{ y } \vec B_2 \text{ en el mismo sentido}\;}
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Estrategia

Como 5+10=15 cm5 + 10 = 15\ \text{cm}, el punto P está fuera del espacio entre los hilos, del lado de C1C_1. Cada hilo crea un campo B=μ0I/(2πr)B = \mu_0 I/(2\pi r) cuyas líneas son circunferencias alrededor de él (regla de la mano derecha). Con las dos corrientes en el mismo sentido y los dos hilos al mismo lado de P, los dos campos en P tienen el mismo sentido y sus módulos se suman.
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Desarrollo

Diagrama. Dibujamos los dos hilos verticales en el plano del papel, con las corrientes hacia arriba (+j⃗+\vec j): C1C_1 en x=0x = 0, C2C_2 en x=10 cmx = 10\ \text{cm} y P en x=−5 cmx = -5\ \text{cm}, a la izquierda de C1C_1. Con la regla de la mano derecha (pulgar en el sentido de la corriente, los dedos dan el sentido de B⃗\vec B), a la izquierda de un hilo con corriente hacia arriba el campo sale del papel (⊙\odot, sentido +k⃗+\vec k). En P se dibujan así tres vectores perpendiculares al papel, todos saliendo: B⃗1\vec B_1, B⃗2\vec B_2 (más corto) y B⃗\vec B total, el más largo. (Entre los hilos los dos campos se opondrían; en P no.)

Campo de cada hilo en P:B1=μ0I12πr1=4π⋅10−7⋅102π⋅0,05=4,00⋅10−5 TB_1 = \frac{\mu_0 I_1}{2\pi r_1} = \frac{4\pi\cdot 10^{-7}\cdot 10}{2\pi\cdot 0{,}05} = 4{,}00\cdot 10^{-5}\ \text{T}B2=μ0I22πr2=4π⋅10−7⋅152π⋅0,15=2,00⋅10−5 TB_2 = \frac{\mu_0 I_2}{2\pi r_2} = \frac{4\pi\cdot 10^{-7}\cdot 15}{2\pi\cdot 0{,}15} = 2{,}00\cdot 10^{-5}\ \text{T}Campo total. Los dos apuntan en el mismo sentido (saliendo del papel), así que:B⃗=B⃗1+B⃗2=(4,00+2,00)⋅10−5 k⃗=6,00⋅10−5 k⃗ T\vec B = \vec B_1 + \vec B_2 = \left(4{,}00 + 2{,}00\right)\cdot 10^{-5}\,\vec k = 6{,}00\cdot 10^{-5}\,\vec k\ \text{T}Es perpendicular al plano de los conductores. Si las corrientes fueran hacia abajo, el campo tendría el mismo módulo y entraría en el papel.
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Consejo

Antes de sumar, sitúa el punto: si está entre los hilos, con corrientes del mismo sentido los campos se restan; si está fuera, se suman. Un error de signo aquí cuesta todo el ejercicio.

El diagrama puntúa: marca con ⊙\odot o ⊗\otimes el sentido de cada campo en P.
Paso 1 de 3
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