Tarea 3: Corriente Eléctrica y Ley de Ampère

1. Tarea 3: Corriente Eléctrica y Ley de Ampère Julián Useche Cadena – 245311 COD. G09N37julian Universidad Nacional de Colombia – Sede Bogotá Departamento de Física – Fundamentos de Electricidad y Magnetismo Abril de 2012 Bogotá D.C.

2. 1.¿Qué es un Amperio? El amperio o ampere, representado por la letra A, es la unidad SI de la corriente. Es un flujo de carga de un coulomb por segundo: 1 ampere = 1 A = 1 C/s Por convención, se le asigna a la corriente una dirección opuesta a la del movimiento de cargas negativas. El transporte de carga negativa en una dirección equivale a la transferencia de carga positiva en la dirección contraria.

3. 2.¿Cuántos electrones se necesitan para tener un amperio? En el sistema de unidades SI el valor numérico de la carga e se expresa en coulombs(C) y: e=1,60*10-19 C (es positiva para el protón y negativa para el electrón) Así, un coulomb de carga representa una gran cantidad de cargas fundamentales, utilizando la ecuación anterior, se aprecia que: Conociendo que A=C/s :

4. 3.¿Qué es un Tesla, un Gauss? Es necesario saber que la magnitud del campo magnético se obtiene dividiendo la magnitud de la fuerza máxima (la fuerza que actúa cuando el movimiento de la carga de prueba es perpendicular a la dirección del campo magnético) entre el producto de carga por velocidad: La unidad SI de campo magnético es N/(C*m/s), la unidad de fuerza divida entre el producto de unidad de carga por unidad de velocidad; a esta unidad se le llama tesla (T): 1 tesla = 1 T = 1 N/(C*m/s) Una unidad de campo magnético de uso común, pero que no es del Si, es el gauss (G): 1 gauss = 1 G = 10-4 T

5. 4.¿Qué es un dispositivo denominado inductor (también conocido como bobina o filtro)? describa sus características Un solenoide es una alambre conductor devanado en forma de bobina helicoidal apretada, de muchas vueltas. Una corriente en este alambre producirá un fuerte campo magnético dentro de la bobina.

6. Características Las bobinas ideales no disipan energía como lo hacen los resistores. Pero en la práctica, el inductor real presenta una resistencia de devanado que disipa energía La aplicación de la ley de Ampère no es afectada por el corte transversal del solenoide. La ley de Ampère para estos dispositivos se transforma en: La relación N/l es la cantidad de espiras de alambre por unidad de longitud del solenoide, que suelen representarse por n=N/l Esto demuestra que, para obtener un campo magnético grande, se debe tener un solenoide con corriente grande y con gran cantidad de vueltas de alambra por unidad de longitud

7. Toroide Es una variación del solenoide. Esta bobina en forma de dona se parece a un solenoide que se dobló para formar un círculo, de modo que se encuentren sus extremos. Las líneas de campo magnético siguen siendo paralelas al eje del solenoide original, y entonces forman ahora circuitos cerrados en el interior del toroide Para un toroide de N espiras de corrientes, donde cada una conduce la misma corriente I0 la ley de Ampère resultaría: Obsérvese que tiene la misma forma que la ecuación hallada para un solenoide, sustituyendo l por la trayectoria en torno al interior del toroide, 2 π r.

8. 5.Calcule el campo magnético producido por una corriente de 1 A que corre por un alambre recto a un milímetro del mismo. De su respuesta en Teslas y Gauss Las líneas de campo deben ser círculos concéntricos en torno al alambre, líneas radiales o líneas paralelas en la mima dirección del alambre. Las líneas radiales requerirían que las líneas de campo comenzaran en el alambre, lo cual es imposible porque las líneas de campo deben formar circuitos cerrados. Conociendo que el lado derecho es y entonces Reemplazando con lo valores del problema:

9. 6.¿Cuál es la intensidad del campo geomagnético, en Teslas y Gauss? Referenciando como fuente el libro Física para Ingeniería y Ciencias de Hans C. Ohanian, el campo magnético en la superficie de la Tierra es de aproximadamente 5 x 10-5 T y conociendo que 1G= 10-4 T, el campo geomagnético en gauss sería 0.5 G

10. 7.Calcule el campo magnético en el interior de una bobina. Considere: el cilindro de la bobina 10 cm de longitud y 4 cm de diámetro, con 100 espiras y otro con 10000 espiras y I=100mA Como ya fue mencionado, la ecuación para determinar el campo magnetico en un Solenoide de N espiras es: Reemplazando los valores dados, teniendo en cuenta que corriente se expresa en amperios y longitud en metros