Campo magnético de un cable portador de corriente
1 · Predecir
Un cable recto conduce una corriente constante. A medida que aleja un punto de prueba del cable, ¿la intensidad del campo magnético disminuye de la misma manera que lo hace el campo de una carga eléctrica?
- Sí, es una simple caída de 1/r², igual que una carga puntual.
- El campo no depende de la distancia al cable.
- No: el campo de un cable que transporta corriente cae de manera diferente que el de una carga puntual, ya que la corriente es una fuente extendida (lineal), no un punto.
2 · Configurar
- Abra el valor preestablecido del campo de cables y presione Restablecer. El cable transporta una corriente fija de 8 A sobre un segmento 4.8 m.
- Habilite la lectura de intensidad de campo.
- Establezca la distancia perpendicular desde el punto medio del cable para cada prueba y registre la intensidad del campo.
3 · Recopilar Datos
| Distancia perpendicular d (m) | Intensidad de campo |B_z| (µT) |
|---|---|
| 0.50 | |
| 1.00 | |
| 2.00 |
Trama |B_z| (eje y) contra 1/d (eje x) para sus tres ensayos. ¿Parece más lineal que trazar contra 1/d²?
4 · Analizar
- Para una prueba, calcule |B| = μ₀|I|L_half/(2πd√(L_half² + d²)) usando μ₀ = 4π×10⁻⁷ H/m, I = 8 A, L_half = 2.4 m. Compare con la tabla.
- Compare la forma de esta fórmula con la fórmula del campo eléctrico del experimento de carga lineal. Explique por qué tanto una varilla cargada finita como un alambre portador de corriente finita producen campos con el mismo tipo de dependencia de la distancia: cerca de 1/d cerca del alambre, más cerca de 1/d² y lejos.
5 · Ampliar
- Para un cable infinito idealizado, el campo se simplifica al clásico B = μ₀I/(2πd): una caída limpia 1/d. ¿A qué distancia, en comparación con la longitud 4.8 m de este cable, esperaría que la fórmula de cables finitos de este experimento coincidiera estrechamente con esa aproximación de cables infinitos?
- La aguja de una brújula colocada cerca de un cable que transporta corriente se desvía para alinearse con el campo magnético del cable. Explique, usando la regla de la mano derecha, por qué el campo gira alrededor del alambre en lugar de apuntar radialmente hacia afuera como lo haría un campo eléctrico.
La física detrás de este experimento
Campo de un cable portador de corriente finita
La ley de Biot-Savart, integrada a lo largo de un cable recto finito, proporciona un campo magnético que rodea el cable y depende tanto de la distancia perpendicular como de la longitud del cable a través de la misma forma de interpolación que una línea de carga finita.