Ley de Oersted

Ley de corriente eléctrica de Hans Christian Ørsted

El campo magnético (marcado B , indicado por líneas de campo rojas) alrededor de un cable que transporta una corriente eléctrica (marcado I )

Aparato con brújula y alambre que muestra el experimento de Ørsted (vídeo ^[1] )

En electromagnetismo , la ley de Ørsted , también escrita ley de Oersted , es la ley física que establece que una corriente eléctrica induce un campo magnético . ^[2]

Esto fue descubierto el 21 de abril de 1820 por el físico danés Hans Christian Ørsted (1777–1851), ^{[3] [4]} cuando notó que la aguja de una brújula junto a un cable que transportaba corriente giraba de manera que la aguja quedaba perpendicular al cable. Ørsted investigó y encontró la ley física que describe el campo magnético, ahora conocida como ley de Ørsted. El descubrimiento de Ørsted fue la primera conexión encontrada entre la electricidad y el magnetismo , y la primera de dos leyes que vinculan a los dos; la otra es la ley de inducción de Faraday . Estas dos leyes se convirtieron en parte de las ecuaciones que gobiernan el electromagnetismo, las ecuaciones de Maxwell .

Las reglas de Ørsted

Ørsted descubrió que, para un cable recto que transporta una corriente continua (CC) constante: ^[5]

• Las líneas del campo magnético rodean el cable que transporta corriente.
• Las líneas del campo magnético se encuentran en un plano perpendicular al cable.
• Si se invierte la dirección de la corriente, se invierte la dirección del campo magnético.
• La intensidad del campo es directamente proporcional a la magnitud de la corriente.
• La intensidad del campo en cualquier punto es inversamente proporcional a la distancia del punto al cable.

Dirección del campo magnético

Usando la regla de la mano derecha para encontrar la dirección del campo magnético

La dirección del campo magnético en un punto, la dirección de las puntas de flecha en las líneas del campo magnético, que es la dirección en la que apunta el "polo norte" de la aguja de la brújula, se puede encontrar a partir de la corriente mediante la regla de la mano derecha . Si la mano derecha se envuelve alrededor del cable de modo que el pulgar apunte en la dirección de la corriente ( corriente convencional , flujo de carga positiva), los dedos se curvarán alrededor del cable en la dirección del campo magnético.

Forma vectorial de la ley

Las reglas anteriores se pueden generalizar para dar la forma vectorial moderna de la ley de Ørsted ^{[2] [6]}

La integral de línea del campo magnético alrededor de cualquier curva cerrada es proporcional a la corriente total que pasa a través de cualquier superficie delimitada por la curva. ${\displaystyle \mathbf {B} (\mathbf {x} )\,}$ ${\displaystyle C\,}$ ${\displaystyle I\,}$

${\displaystyle \oint _{C}\mathbf {B} \cdot \mathrm {d} {\boldsymbol {\ell }}=\mu _{0}I\,}$

donde = 4π×10 ⁻⁷ V·s/(A·m) es la constante magnética y la dirección de integración alrededor está relacionada con la dirección de la corriente mediante la regla de la mano derecha. La ley se puede expresar en términos de la densidad de corriente a través de la superficie en lugar de la corriente total a través de ella ^[2] ${\displaystyle \mu _{0}\,}$ ${\displaystyle C\,}$ ${\displaystyle \mathbf {J} (\mathbf {x} )\,}$ ${\displaystyle S\,}$ ${\displaystyle I\,}$

${\displaystyle \oint _{C}\mathbf {B} \cdot \mathrm {d} {\boldsymbol {\ell }}=\mu _{0}\iint _{S}\mathbf {J} \cdot \mathrm {d} \mathbf {S} \,}$

¿Dónde está cualquier superficie que abarca ? ${\displaystyle S\,}$ ${\displaystyle C\,}$

La ley de Ørsted solo se cumple para corrientes constantes , que no cambian con el tiempo. Por lo tanto, solo se cumple para circuitos eléctricos de CC , sin condensadores ni inductores . Se puede ver que falla para corrientes que varían con el tiempo considerando el caso de un circuito que consiste en una batería que carga un condensador a través de una resistencia. Se puede verificar experimentalmente que la corriente en este circuito crea un campo magnético, pero cualquier curva cerrada que rodee al conductor puede ser abarcada por una superficie que pasa entre las placas del condensador, a través de la cual no pasa corriente, de la cual la ecuación daría un campo magnético cero. La ley de Ørsted fue modificada por Maxwell para cubrir el caso de corrientes que varían con el tiempo agregando un nuevo término fuente llamado corriente de desplazamiento , dando como resultado la ecuación de Ampere-Maxwell .

Notas al pie

1. Presentación (2015) de O. Zajkov, Instituto de Física, Universidad Ss. Cirilo y Metodio de Skopje , Macedonia.
2. Becker, Richard (2013). Campos electromagnéticos e interacciones. Courier Dover Publications. pág. 172. ISBN 978-0486318509.
3. Oersted, HC (1820). "Experimentos sobre el efecto de una corriente eléctrica en las agujas magnéticas". Anales de filosofía . 16 . Londres: Baldwin, Craddock, Joy: 273.
4. HAM Snelders, "El descubrimiento del electromagnetismo por parte de Oersted" en Cunningham, Andrew Cunningham; Nicholas Jardine (1990). Romanticismo y ciencias. Archivo CUP. p. 228. ISBN 0521356857.
5. Dhogal (1986). Ingeniería eléctrica básica, vol. 1. Tata McGraw-Hill. pág. 96. ISBN 0074515861.
6. Arfken, George Brown; Hans-Jurgen Weber; Frank E. Harris (2012). Métodos matemáticos para físicos: una guía completa. Academic Press. pág. 168. ISBN 978-0123846549.

Referencias

• FW Sears y MW Zemansky 1964 University Physics Third Edition (volumen completo) , Addison-Wesley Publishing Company, Inc. Reading, MA, LCCCN: 63-15265 (sin ISBN).