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Tema 11: Ley de Ampère — magnetismo y electricidad

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Los imanes funcionan por dominios magnéticos alineados; los motores eléctricos, porque una corriente en un campo magnético sufre una fuerza (F = BIL sen θ) que gira el rotor mediante un conmutador.

fisica ⭐⭐ Dificultad 2/5 ⏱ 2 min lectura

Solución — Página 145

Fisica 1° · 2024

Ejercicio 1

Página introductoria del Tema 11: Ley de Ampère

Esta página no contiene cálculos, sino la presentación del tema. Transcripción y explicación de su contenido.

Ejercicio 1

Criterio de evaluación

CE.CN.F.5.12. Establece la relación existente entre magnetismo y electricidad, mediante la comprensión del funcionamiento de un motor eléctrico, el campo magnético próximo a un conductor rectilíneo largo y la ley de Ampère.

Esto indica que el estudiante debe ser capaz de explicar que la corriente eléctrica produce un campo magnético y que ese campo es la base del motor eléctrico.

Ejercicio 2

Objetivo general

OG.CN.1. Desarrollar habilidades de pensamiento científico con el fin de lograr flexibilidad intelectual, espíritu indagador y pensamiento crítico; demostrar curiosidad por explorar el medio que les rodea y valorar la naturaleza como resultado de la comprensión de las interacciones entre los seres vivos y el ambiente físico.

Ejercicio 3

Saberes previos

Ejercicio 1

¿Alguna vez te has preguntado cómo funcionan los imanes?

Todo material magnético está formado por microscópicos dominios magnéticos (zonas con polos N y S alineados). En un imán permanente esos dominios están alineados en la misma dirección, de modo que los campos se suman y aparecen dos zonas de mayor intensidad: el polo norte (N) y el polo sur (S). El campo magnético sale del polo N y entra en el polo S, y al exterior se dibuja como líneas cerradas. Los imanes se atraen cuando polos opuestos se enfrentan ( $N$ con $S$ ) y se repelen cuando son iguales ( $N$ con $N$ o $S$ con $S$ ). También se fabrican imanes por corriente eléctrica: es el imán electromagnético.

Ejercicio 2

¿Cómo crees que funcionan los motores eléctricos?

Un motor eléctrico transforma energía eléctrica en energía mecánica. Un conductor por el que circula corriente dentro de un campo magnético experimenta una fuerza de Laplace (fuerza de Ampère) descrita por

$\vec{F} = I\,\vec{L} \times \vec{B}$

cuyo módulo es $F = B\,I\,L\,\operatorname{sen}\theta$ , con $\theta$ el ángulo entre $\vec{L}$ y $\vec{B}$ . En el rotor, ese empuje gira la bobina; un conmutador invierte la corriente cada medio giro para que el momento torcador conserve siempre el mismo sentido y el giro sea continuo. En resumen: $\text{corriente} + \text{campo magnético} \rightarrow \text{fuerza} \rightarrow \text{giro} \rightarrow \text{trabajo mecánico}$ .

Ejercicio 4

Idea central que desarrollará el tema

La Ley de Ampère (o ley de Biot–Savart para elementos de corriente) relaciona la corriente con el campo magnético que genera: toda corriente eléctrica crea un campo magnético a su alrededor; es el puente entre electricidad y magnetismo.

Contenido de la página

TEMA 11: Ley de Ampère

Fuente de la ilustración: https://n9.cl/wjxw3o

Criterios de evaluación

Objetivos

Saberes previos

¿Alguna vez te has preguntado cómo funcionan los imanes?
¿Cómo crees que funcionan los motores eléctricos?

Texto de Física — página 144.

Ejemplos resueltos

Un conductor rectilíneo largo transporta una corriente de $I = 10\,\text{A}$ . ¿Cuál es el campo magnético a una distancia perpendicular de $r = 2\,\text{cm} = 0{,}02\,\text{m}$ del eje del conductor? (Tomar $\mu_0 = 4\pi \times 10^{-7}\,\text{T·m/A}$ .)

Aplicar la fórmula del campo magnético de un conductor rectilíneo largo: $B = \dfrac{\mu_0\, I}{2\pi\, r}$ .
Sustituir los valores: $B = \dfrac{4\pi \times 10^{-7} \times 10}{2\pi \times 0{,}02}$ .
Simplificar $\pi$ : $B = \dfrac{2 \times 10^{-7} \times 10}{0{,}02}$ .
Operar: $B = \dfrac{2 \times 10^{-6}}{2 \times 10^{-2}} = 1 \times 10^{-4}\,\text{T}$ .

El campo es tangente a un círculo concéntrico al conductor, con sentido dado por la regla de la mano derecha.

Tabla

Elemento del tema	Contenido clave
Criterio	CE.CN.F.5.12 — relación entre magnetismo y electricidad
Objetivo	OG.CN.1 — pensamiento científico y crítico
Conceptos	Motor eléctrico, campo de conductor rectilíneo, Ley de Ampère
Saberes previos	¿Cómo funcionan los imanes? ¿Cómo funcionan los motores eléctricos?
Unidad	Página 144, Texto de Física

Diagrama

flowchart TD
    A[Ley de Ampère] --> B[Corriente eléctrica I]
    B --> C[Campo magnético B]
    C --> D[Campo de un conductor rectilíneo largo: B = mu0*I / (2 pi r)]
    C --> E[Fuerza sobre conductores: F = B*I*L*sen(theta)]
    E --> F[Motor eléctrico: energía eléctrica a mecánica]
    D --> G[Relación magnetismo - electricidad]
    F --> G

Fórmulas y ecuaciones

Fuerza de Ampère sobre un conductor: $F = B\,I\,L\,\operatorname{sen}\theta$

Campo magnético de un conductor rectilíneo largo: $B = \dfrac{\mu_0\, I}{2\pi\, r}$

F = $B\,I\,L\$ , $\operatorname{sen}$ $\theta$

$\vec{F}$ = $I\$ , $\vec{L}$ $\times$ $\vec{B}$

B = $\frac{\mu_0\, I}{2\pi\, r}$

Glosario (6)

Ley de Ampère: Relación que establece el vínculo entre la corriente eléctrica y el campo magnético que ésta genera en el espacio que la rodea.
Campo magnético: Región del espacio donde una carga en movimiento (o un imán) experimenta una fuerza; se representa por el vector B, medido en tesla (T).
Conductor rectilíneo largo: Hilo recto por el que circula corriente, cuyo campo magnético es circular y concéntrico alrededor del conductor.
Motor eléctrico: Máquina que transforma energía eléctrica en energía mecánica mediante la acción de un campo magnético sobre conductores con corriente.
Dominios magnéticos: Microscópicas regiones de un material donde los dipolos magnéticos están alineados; su alineación coherente produce el magnetismo de un imán.
Espíritu indagador: Actitud de pregunta y búsqueda propia del pensamiento científico, que lleva a explorar y explicar los fenómenos naturales.

Preguntas para practicar

¿Alguna vez te has preguntado cómo funcionan los imanes?

Un imán está formado por dominios magnéticos microscópicos; cuando sus polos microscópicos quedan alineados en un mismo sentido, sus campos se suman y el material presenta polos norte (N) y sur (S). El campo magnético sale del polo N, entra en el S y, al exterior, se dibuja como líneas cerradas. Los polos opuestos se atraen y los iguales se repelen.

¿Cómo crees que funcionan los motores eléctricos?

Un motor eléctrico convierte energía eléctrica en mecánica: la corriente que atraviesa el rotor dentro del campo magnético de los polos estatores experimenta una fuerza de Ampère, $F = B\,I\,L\,\operatorname{sen}\theta$, que produce un momento torcador. El conmutador invierte la corriente cada medio giro para que el giro siga siempre en el mismo sentido.

¿Qué relación existe entre el magnetismo y la electricidad según el criterio de evaluación CE.CN.F.5.12?

Son manifestaciones inseparables de una misma interacción electromagnética: la corriente eléctrica genera un campo magnético (Ley de Ampère) y ese campo, a su vez, ejerce fuerzas sobre otras corrientes y cargas en movimiento, lo cual explica tanto el campo de un conductor rectilíneo como el funcionamiento del motor eléctrico.

Temas y conceptos clave

Ley de AmpèreRelación entre magnetismo y electricidadCampo magnético próximo a un conductor rectilíneo largoFuncionamiento del motor eléctricoPensamiento científico y espíritu indagadorLey de AmpèreCampo magnético BConductor rectilíneo largoMotor eléctricoPolos magnéticos N y SDominios magnéticos

Fuentes y referencias

https://n9.cl/wjxw3o

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📌 Antes de leer esto

• Noción de campo eléctrico y de fuerza entre cargas
• Ley de Ohm y concepto de corriente eléctrica
• Vector y operación vectorial (producto cruz)
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Campo magnético producido por un conductor rectilíneo largo: fórmula B = (μ₀ I)/(2π r), dirección según la regla de la mano derecha y superposición de campos.

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TEMA 11:

Ley de Ampere

Fuente: https:/n9.cl/wjxw30

CRITERIOS DE EVALUACIÓN

CE.CN.F.5.12. Establece la relación existente entre magnetismo y electricidad, mediante la comprensión del funcionamiento de un motor eléctrico, el campo magnético próximo a un conductor rectilineo largo y la ley de Ampére.

OBJETIVOS

OG.CN.1. Desarrollar habilidades de pensamiento científico con el fin de lograr flexibilidad intelectual, espíritu indagador y pensamiento crítico; demostrar curiosidad por explorar el medio que les rodea y valorar la naturaleza como resultado de la comprensión de las interacciones entre los seres vivos y el ambiente físico.

Saberes previos ¿Alguna vez te has preguntado cómo funcionan los imanes? ¿Cómo crees que funcionan los motores eléctricos?

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