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Efecto magnético de la corriente eléctrica

Un cable por el que pasa corriente eléctrica crea un campo magnético a su alrededor. El campo forma círculos alrededor de un cable recto, es casi recto en el centro de una espira y es uniforme dentro de un solenoide, que entonces actúa como un imán de barra.

🎬 Historia paso a paso

  1. Aquí tienes un imán de barra. Las líneas moradas son las líneas del campo magnético y los puntos grises son como limaduras de hierro que se deslizan por ellas. Fuera del imán van del polo N al polo S. La aguja de la brújula se alinea con ellas.
  2. Mira las líneas con atención. Cada una es un lazo cerrado. Dos líneas nunca se cruzan. Se juntan cerca de los polos, porque ahí el campo es más fuerte.
  3. Ahora un cable de cobre recto atraviesa una cartulina. Encendemos la corriente: ¡la brújula se mueve! La corriente crea un campo magnético. Las líneas son círculos alrededor del cable. Sujeta el cable con la mano derecha, con el pulgar en el sentido de la corriente: tus dedos se curvan en el sentido del campo.
  4. Dobla el cable en una espira circular. Cerca del cable las líneas siguen siendo círculos pequeños. En el centro de la espira se unen y quedan casi rectas. Más vueltas o más corriente hacen más fuerte este campo.
  5. Enrolla muchas espiras una tras otra: es un solenoide. Dentro, las líneas son rectas, paralelas y están igual de separadas, así que el campo es uniforme. Por fuera se ve igual que un imán de barra, con un extremo N y otro S.
  6. ¡Te toca! Elige un imán, un cable, una espira o un solenoide. Mueve el control de la corriente hacia arriba, hacia abajo o a valores negativos para invertirla, y mueve la brújula por el espacio. Observa la aguja y cómo cambia la intensidad del campo.

Consejo: arrastra la escena 3D para girarla. Usa dos dedos para hacer zoom.

🤔 Dudas comunes, resueltas

¿Dónde empiezan y terminan las líneas de campo?

En ningún sitio. Fuera del imán van de N a S y dentro vuelven de S a N, así que cada línea es un lazo cerrado.

¿Por qué no pueden cruzarse dos líneas de campo?

En un punto de cruce el campo tendría dos direcciones, y la aguja de una brújula no puede señalar dos sentidos a la vez.

¿Cómo sé que el campo es más fuerte cerca del cable?

Los círculos están más apretados cerca del cable. Acerca la brújula en el modo libre y verás subir el número de intensidad.

¿Qué pasa al invertir la corriente?

Los círculos del campo cambian de sentido y la aguja de la brújula da la vuelta. Arrastra el control de corriente por debajo de cero para verlo.

¿Por qué las líneas son rectas en el centro de una espira?

Cada parte de la espira empuja el campo del centro en el mismo sentido, así que las líneas ahí se suman y pasan casi rectas.

¿Un solenoide es de verdad como un imán de barra?

Sí. Compara el paso 1 y el paso 5: el patrón exterior es el mismo, con extremos N y S. Dentro del solenoide el campo es uniforme.

¿Un cable sin corriente crea un campo magnético?

No. Pon la corriente en 0 y los puntos se detienen; la brújula vuelve a apuntar al norte de la Tierra.

Imán, campo magnético y brújula

Un imán tiene dos extremos llamados polos: el polo norte (N) y el polo sur (S). Los polos iguales se repelen y los distintos se atraen. La zona alrededor de un imán donde se siente su atracción o repulsión es su campo magnético. Un campo tiene intensidad y dirección, así que es una magnitud vectorial.

Una brújula es simplemente un imán diminuto (la aguja) que puede girar libremente. Su extremo N señala la dirección del campo en ese lugar. Si no hay ningún imán ni corriente cerca, apunta hacia el norte geográfico de la Tierra, porque la Tierra misma se comporta como un imán enorme.

No podemos ver el campo, así que dibujamos las líneas de campo magnético: los caminos que seguiría un polo norte pequeño y libre. Si esparces limaduras de hierro sobre una cartulina junto a un imán y das golpecitos, las limaduras se alinean siguiendo esos caminos.

Propiedades de las líneas de campo magnético

Campo alrededor de un cable recto con corriente

En 1820 Hans Christian Oersted vio que la aguja de una brújula se movía cada vez que pasaba corriente por un cable cercano. Esto demostró que la corriente eléctrica produce un campo magnético: la electricidad y el magnetismo están unidos.

Alrededor de un cable largo y recto las líneas de campo son círculos concéntricos con centro en el cable, situados en planos perpendiculares a él.

Regla del pulgar de la mano derecha

Sujeta el cable con la mano derecha, con el pulgar apuntando en el sentido de la corriente. Los dedos curvados indican el sentido de las líneas de campo. Si inviertes la corriente, el campo también se invierte, y la brújula gira al lado contrario.

De qué depende la intensidad

El campo es más fuerte cuanto mayor es la corriente y más débil cuanto más te alejas del cable. Cerca del cable los círculos están apretados; lejos se separan. (La intensidad es directamente proporcional a la corriente e inversamente proporcional a la distancia.)

Campo de una espira circular (bobina)

Dobla el cable recto en forma de círculo. Cada trocito de la espira sigue creando círculos de campo a su alrededor. Cerca del cable parecen círculos pequeños; hacia el centro se hacen más grandes y, justo en el centro, las líneas de todas las partes de la espira van en el mismo sentido y parecen casi líneas rectas.

El campo en el centro aumenta si subes la corriente o el número de vueltas (n vueltas actúan como n veces una espira). Una espira más pequeña también da un campo más fuerte en su centro. Visto desde una cara, la corriente antihoraria hace de esa cara un polo norte y la corriente horaria la hace un polo sur.

Solenoide: una bobina que actúa como un imán de barra

Un solenoide es una bobina larga de muchas vueltas muy juntas de alambre de cobre aislado, con forma de cilindro. Cuando pasa corriente, su campo se ve igual que el de un imán de barra: un extremo se comporta como N y el otro como S.

Dentro de un solenoide largo las líneas de campo son rectas, paralelas y están igual de separadas. Esto significa que el campo es uniforme: tiene la misma intensidad y dirección en todos los puntos del interior. Para hallar el extremo N, curva los dedos de la mano derecha siguiendo la corriente en las vueltas; el pulgar señala el extremo N.

El campo se hace más fuerte con (1) más vueltas, (2) más corriente y (3) un núcleo de hierro dulce colocado dentro.

Electroimán frente a imán permanente

Si pones una barra de hierro dulce dentro de un solenoide y haces pasar corriente, la barra se convierte en un imán fuerte llamado electroimán. Al cortar la corriente pierde casi todo su magnetismo.

ElectroimánImán permanente
Es imán solo mientras pasa corrienteSe mantiene imantado siempre
Se puede cambiar su fuerza (corriente, vueltas)Su fuerza es fija
Los polos se invierten al invertir la corrienteLos polos son fijos
Núcleo: hierro dulceHecho de acero, alnico, ferrita, neodimio
Puede ser muy fuerteSuele ser más débil

Usos de los electroimanes: grúas para chatarra de hierro, timbres eléctricos, relés, altavoces, motores, equipos de resonancia magnética y trenes de levitación magnética. Se usa acero en los imanes permanentes porque conserva su magnetismo; se usa hierro dulce en los electroimanes porque lo pierde rápido.

Qué se pregunta en el examen

Espera dibujos de líneas de campo (imán de barra, cable recto, espira, solenoide), la regla del pulgar de la mano derecha, el porqué de que las líneas de campo no se crucen, los factores que cambian la intensidad del campo y las diferencias entre un electroimán y un imán permanente. Suelen ser preguntas de 1 a 3 puntos; en los dibujos se dan puntos por las flechas que muestran el sentido, así que dibújalas siempre.

Fórmulas y definiciones clave

Ejemplos resueltos

1. Se coloca una brújula justo al este de un cable vertical. La corriente sube por el cable. ¿Hacia dónde apunta el extremo N de la brújula? (Mira desde arriba.)

Usa la regla del pulgar de la mano derecha: pulgar hacia arriba, los dedos se curvan en sentido antihorario visto desde arriba. En el lado este, el movimiento antihorario va hacia el norte. Así que el extremo N de la aguja apunta al norte (aquí el campo del cable y el de la Tierra coinciden).

2. A 5 cm de un cable recto largo el campo vale cierto valor B. ¿Cuánto vale el campo a 10 cm si a la vez se duplica la corriente?

B ∝ I/r. Duplicar I duplica B, duplicar r reduce B a la mitad. Así que B no cambia: 2 × ½ = 1, el campo sigue siendo B.

3. Un estudiante mira una cara de una bobina y ve que la corriente circula en sentido horario. ¿Qué polo es esa cara? ¿Y si se invierte la corriente?

La corriente horaria hace que la cara sea un polo Sur. Al invertir la corriente pasa a ser antihoraria, así que la cara se convierte en un polo Norte.

4. Da dos formas de hacer más fuerte el campo magnético de un solenoide sin cambiar la longitud de la bobina.

Pasar más corriente, añadir más vueltas o poner un núcleo de hierro dulce dentro. Sirven dos cualesquiera de estas.

5. ¿Por qué un solenoide largo crea un campo uniforme en su interior y una bobina de una sola vuelta no?

En un solenoide largo los campos de muchas vueltas se suman uno junto a otro. Dentro, las partes que curvarían las líneas se anulan, y las líneas quedan rectas, paralelas e igual de separadas. Una sola espira solo es recta cerca de su centro y en el resto se curva.

Errores comunes

Test de práctica

1. Las líneas de campo magnético alrededor de un cable recto largo con corriente son:
2. Las líneas de campo magnético nunca se cruzan porque:
3. El campo dentro de un solenoide largo con corriente es:
4. ¿Qué cambio debilitará el campo cerca de un cable recto?
5. El núcleo de un electroimán es de hierro dulce porque el hierro dulce:

Práctica: responde tú mismo

Escribe o elige tu respuesta y pulsa Comprobar. Usa la pista si te atascas; la solución completa aparece después de responder.

Preguntas frecuentes

¿Qué es el efecto magnético de la corriente eléctrica en palabras sencillas?

Siempre que pasa corriente por un cable, el cable se comporta como un imán débil y crea un campo magnético a su alrededor. Una brújula colocada cerca del cable se mueve cuando se enciende la corriente.

¿Qué es la regla del pulgar de la mano derecha?

Sujeta con la mano derecha un cable con corriente, con el pulgar en el sentido de la corriente. El sentido en que se curvan tus dedos es el sentido de las líneas del campo magnético alrededor del cable.

¿Por qué se usa un solenoide para hacer un electroimán?

Un solenoide da un campo fuerte y uniforme en su interior. Una barra de hierro dulce colocada ahí se imanta con fuerza, y el magnetismo se puede encender, apagar o invertir con la corriente.

Dónde se estudia

PolandSzkoła podstawowa, klasa VIIIMagnetism
RomaniaClasa a VIII-aElectric and magnetic phenomena
Spain2º BachilleratoElectromagnetic field
Ukraine9 класElectromagnetic phenomena; electromagnetic oscillations and waves
CBSE (India)Class 8Electricity: Magnetic and Heating Effects
CBSE (India)Class 10Effects of Current
England (GCSE, A level)Year 9Physics: Electricity and electromagnetism
England (GCSE, A level)Year 114.7 Magnetism and electromagnetism
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 8MS-PS2 Motion and stability: forces
Japan中学2年Field 1 (3): Electric current and its uses
Germany (Bavaria)Jahrgangsstufe 10Electromagnetism
Russia8 классElectric and magnetic phenomena
Russia8 классElectric and magnetic phenomena
China九年级(初三)Ch.20 Electricity and magnetism

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