FísicaMedioProblema · 2,5 pts
Inducción electromagnética
También trata: Campo y potencial eléctrico · Campo magnético creado por corrientes
Andalucía · 2025 · Reserva 4
Enunciado
a) Dos cargas de valores y se encuentran separadas una distancia . i) (0,5 puntos) Explique, con ayuda de un esquema, si puede ser nulo el campo eléctrico en algún punto de la línea que pasa por ambas cargas. ii) (0,5 puntos) En caso afirmativo, determine su posición en función de la distancia .
b1) Una bobina circular, de vueltas y de radio, se encuentra situada en un campo magnético, de forma que el flujo es máximo. Si el módulo del campo magnético es (SI), calcule: i) (1 punto) la fuerza electromotriz máxima en la bobina; ii) (0,5 puntos) la fuerza electromotriz inducida en el instante .
b2) i) (0,5 puntos) Un conductor rectilíneo muy largo está situado en el eje y está recorrido por una corriente en sentido negativo del mismo. Determine, apoyándose en un esquema, el vector fuerza que actúa sobre una carga , que se encuentra en el eje en el punto y tiene una velocidad de módulo en sentido positivo del eje . ii) (1 punto) Un segundo conductor, igual que el anterior, se coloca paralelamente al primero y corta el eje en . Calcule, apoyándose en un esquema, la intensidad que debe circular por el segundo conductor, indicando su sentido, para que la fuerza resultante sobre la carga sea nula.
Dato: .
b1) Una bobina circular, de vueltas y de radio, se encuentra situada en un campo magnético, de forma que el flujo es máximo. Si el módulo del campo magnético es (SI), calcule: i) (1 punto) la fuerza electromotriz máxima en la bobina; ii) (0,5 puntos) la fuerza electromotriz inducida en el instante .
b2) i) (0,5 puntos) Un conductor rectilíneo muy largo está situado en el eje y está recorrido por una corriente en sentido negativo del mismo. Determine, apoyándose en un esquema, el vector fuerza que actúa sobre una carga , que se encuentra en el eje en el punto y tiene una velocidad de módulo en sentido positivo del eje . ii) (1 punto) Un segundo conductor, igual que el anterior, se coloca paralelamente al primero y corta el eje en . Calcule, apoyándose en un esquema, la intensidad que debe circular por el segundo conductor, indicando su sentido, para que la fuerza resultante sobre la carga sea nula.
Dato: .
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Resultado
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Estrategia
En a) con cargas de signo opuesto y distinto valor, el punto de campo nulo está siempre fuera del segmento y del lado de la carga menor en valor absoluto. Ahí es donde puede ganar la más pequeña por estar más cerca.
En b1) hay que derivar el flujo: la f.e.m. máxima es la amplitud de la sinusoide resultante. Y atención al instante pedido, que cae justo en un cero.
En b2) es fuerza de Lorentz sobre una carga en el campo de un hilo, y después la condición de campo total nulo en ese punto para que la fuerza se anule.
En b1) hay que derivar el flujo: la f.e.m. máxima es la amplitud de la sinusoide resultante. Y atención al instante pedido, que cae justo en un cero.
En b2) es fuerza de Lorentz sobre una carga en el campo de un hilo, y después la condición de campo total nulo en ese punto para que la fuerza se anule.
2
Desarrollo
a) i) Sean en el origen y a una distancia . Buscamos dónde con sentidos opuestos:
b1) i) Superficie de una espira:"El flujo es máximo" significa que es perpendicular al plano de la bobina (). Con espiras:Fuerza electromotriz:La amplitud de esa sinusoide es la f.e.m. máxima:ii) En , el argumento vale :Justo en ese instante el flujo es máximo (el seno vale ), y donde el flujo es máximo su derivada es nula: no hay f.e.m. inducida.
b2) i) El conductor está sobre con en sentido . En el punto , a :Dirección: , luegoFuerza de Lorentz sobre la carga, con :Como :ii) Para que la fuerza total sobre la carga sea nula (con ), el campo magnético total en su posición debe anularse. El segundo conductor está en , a una distancia de la carga, y debe crear allíAhora el unitario del hilo a la carga es . Si la corriente circula también en sentido :Es el sentido correcto. Su módulo:En el esquema, los dos hilos llevan la corriente en el mismo sentido (), y la carga queda entre ellos en la zona donde sus campos son opuestos y se cancelan.
- Entre las cargas: el campo de apunta hacia la derecha (alejándose) y el de también apunta hacia la derecha (hacia ella). Se suman: nunca se anulan.
- Más allá de : los campos tienen sentidos opuestos y podrían cancelarse, pero ahí la carga está más cerca y además es cuatro veces mayor, así que su campo siempre gana. No hay solución.
- Detrás de , al otro lado de : los campos también son opuestos, y ahora está más cerca, lo que puede compensar que sea cuatro veces menor. Aquí sí se anulan.
b1) i) Superficie de una espira:"El flujo es máximo" significa que es perpendicular al plano de la bobina (). Con espiras:Fuerza electromotriz:La amplitud de esa sinusoide es la f.e.m. máxima:ii) En , el argumento vale :Justo en ese instante el flujo es máximo (el seno vale ), y donde el flujo es máximo su derivada es nula: no hay f.e.m. inducida.
b2) i) El conductor está sobre con en sentido . En el punto , a :Dirección: , luegoFuerza de Lorentz sobre la carga, con :Como :ii) Para que la fuerza total sobre la carga sea nula (con ), el campo magnético total en su posición debe anularse. El segundo conductor está en , a una distancia de la carga, y debe crear allíAhora el unitario del hilo a la carga es . Si la corriente circula también en sentido :Es el sentido correcto. Su módulo:En el esquema, los dos hilos llevan la corriente en el mismo sentido (), y la carga queda entre ellos en la zona donde sus campos son opuestos y se cancelan.
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Consejo
En a), con cargas de signo opuesto el punto de campo nulo está siempre fuera y del lado de la menor; con cargas del mismo signo, siempre entre ellas. Razona la zona antes de plantear la ecuación: te ahorra la raíz falsa.
En b1) ii), que no es un error de cálculo: en el instante de flujo máximo la derivada es nula. Explícalo, que es lo que se valora.
Paso 1 de 3
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