Campo magnético de la bobina portadora de corriente.

Si existe un campo electrostático en el espacio alrededor de las cargas eléctricas estacionarias, entonces en el espacio alrededor de las cargas en movimiento (así como alrededor de los campos eléctricos variables en el tiempo propuestos originalmente por Maxwell) existe campo magnético… Esto es fácil de observar experimentalmente.

Gracias al campo magnético, las corrientes eléctricas interactúan entre sí, así como los imanes permanentes y las corrientes con imanes. En comparación con la interacción eléctrica, la interacción magnética es mucho más fuerte. Esta interacción fue estudiada a su debido tiempo por André-Marie Ampère.

En física, la característica del campo magnético es inducción magnética B y cuanto más grande es, más fuerte es el campo magnético. La inducción magnética B es una cantidad vectorial, su dirección coincide con la dirección de la fuerza que actúa sobre el polo norte de una flecha magnética convencional colocada en algún punto del campo magnético — el campo magnético orientará la flecha magnética en la dirección del vector B, es decir, en la dirección del campo magnético.

El vector B en cualquier punto de la línea de inducción magnética se dirige a ella tangencialmente. Es decir, la inducción B caracteriza el efecto de fuerza del campo magnético sobre la corriente. Un papel similar juega la fuerza E para el campo eléctrico, que caracteriza la fuerte acción del campo eléctrico sobre la carga.

El experimento más simple con limaduras de hierro le permite demostrar claramente el fenómeno de la acción de un campo magnético sobre un objeto magnetizado, porque en un campo magnético constante, pequeñas piezas de un ferromagnético (tales piezas son limaduras de hierro) se magnetizan a lo largo del campo magnético. flechas, como pequeñas flechas de brújula.

Si toma un cable de cobre vertical y lo pasa a través de un agujero en una hoja de papel colocada horizontalmente (o plexiglás o madera contrachapada) y luego vierte limaduras de metal en la hoja, sacúdalo un poco y luego pase una corriente continua a través del cable, es fácil ver cómo las limaduras se dispondrán en forma de vórtice en círculos alrededor del cable, en un plano perpendicular a la corriente en él.

Estos círculos de aserrín serán simplemente una representación convencional de las líneas de inducción magnética B del campo magnético de un conductor portador de corriente. El centro de los círculos en este experimento estará ubicado exactamente en el centro, a lo largo del eje del cable que lleva corriente.

La dirección de los vectores de inducción magnética en un cable que lleva corriente es fácil de determinar por la regla de gimlet o de acuerdo con la regla del tornillo de la mano derecha: con el movimiento de traslación del eje del tornillo en la dirección de la corriente en el cable, la dirección de rotación del tornillo o mango del cardán (atornillando hacia adentro o hacia afuera) indicará la dirección del campo magnético alrededor de la corriente.

¿Por qué se aplica la regla del cardán? Debido a que el trabajo del rotor (indicado en la teoría de campos por decaimiento) utilizado en dos ecuaciones de Maxwell se puede escribir formalmente como un producto vectorial (con el operador nabla) y, lo que es más importante, porque el rotor de un campo vectorial se puede comparar con ( es un analogía) a la velocidad angular de rotación del fluido ideal (como lo imaginó el mismo Maxwell), cuyo campo de velocidad de flujo representa un campo vectorial dado, puede usarse para el rotor mediante estas formulaciones de reglas que se describen para la velocidad angular.

Por lo tanto, si gira el pulgar en la dirección del vórtice del campo vectorial, girará en la dirección del vector del rotor de ese campo.

Como puede ver, a diferencia de las líneas de intensidad de campo electrostático, que están abiertas en el espacio, las líneas de inducción magnética que rodean la corriente eléctrica están cerradas. Si las líneas de intensidad eléctrica E comienzan con cargas positivas y terminan con cargas negativas, entonces las líneas de inducción magnética B simplemente se cierran alrededor de la corriente que las genera.

Ahora vamos a complicar el experimento. Considere en lugar de un cable recto con corriente, una curva con corriente. Supongamos que nos conviene colocar dicho bucle perpendicular al plano del dibujo, con la corriente dirigida hacia nosotros a la izquierda y a la derecha de nosotros. Si ahora se coloca una brújula con una aguja magnética dentro del bucle de corriente, entonces la aguja magnética indicará la dirección de las líneas de inducción magnética: se dirigirán a lo largo del eje del bucle.

¿Por qué? Dado que los lados opuestos del plano de la bobina serán análogos a los polos de la aguja magnética.Por donde salen las líneas B es por el polo norte magnético, por donde entran por el polo sur. Esto es fácil de entender si primero considera un cable que transporta corriente y su campo magnético, y luego simplemente enrolla el cable en un anillo.

Para determinar la dirección de la inducción magnética de un bucle con una corriente, también utilizan la regla del cardán o la regla del tornillo de la mano derecha. Coloque la punta del cardán en el centro del bucle y gírelo en el sentido de las agujas del reloj. El movimiento de traslación del cardán coincidirá en dirección con el vector de inducción magnética B en el centro del bucle.

Obviamente, la dirección del campo magnético de la corriente está relacionada con la dirección de la corriente en el cable, ya sea un cable recto o una bobina.

Generalmente se acepta que el lado de la bobina o bobina portadora de corriente por donde salen las líneas de inducción magnética B (la dirección del vector B es hacia afuera) es el polo norte magnético y por donde entran las líneas (el vector B está dirigido hacia adentro) es el polo norte. polo magnético sur.

Si muchas vueltas con corriente forman una bobina larga, un solenoide (la longitud de la bobina es muchas veces su diámetro), entonces el campo magnético en su interior es uniforme, es decir, las líneas de inducción magnética B son paralelas entre sí y tienen la misma densidad a lo largo de toda la longitud de la bobina. Por cierto, el campo magnético de un imán permanente es externamente similar al campo magnético de una bobina portadora de corriente.

Para una bobina con corriente I, longitud l, con número de vueltas N, la inducción magnética en el vacío será numéricamente igual a:

Entonces, el campo magnético dentro de la bobina con la corriente es uniforme y dirigido desde el polo sur al polo norte (¡dentro de la bobina!). La inducción magnética dentro de la bobina es módulo proporcional al número de amperios-vueltas por unidad de longitud de la bobina portadora de corriente.