Ministerio de Educación del Ecuador

146/274

El experimento de Oersted: el efecto magnético de la corriente eléctrica

📄 ejercicios fisica 🎓 bachillerato · 1° BGU Ecuador 🇪🇨 EC 🗣 Español

Página 146

146 de 274

Anterior Página 146 / 274 Siguiente

Respuesta rápida

La corriente eléctrica genera un campo magnético circular (regla de la mano derecha) que desvía la aguja de la brújula; el efecto es recíproco: el imán fuerza sobre la bobina y esta actúa como electroimán con polos norte y sur.

📚 exercise fisica ⭐⭐ Dificultad 2/5 ⏱ 5 min lectura

Solución — Página 146

Fisica 1° · 2024

Ejercicio 1

(lectura de actividades)

El enunciado es una lectura de contexto sobre el descubrimiento de Oersted (1820) y el efecto magnético de la corriente eléctrica. No trae preguntas numéricas en esta página (se desarrollan en la página siguiente), por lo que se analiza el contenido y se responden las ideas clave que suele pedirse.

Parte 1.a

¿Por qué no se esperaba una interacción magnética entre un objeto cargado y un imán?

Antes de 1820 se suponía que electricidad y magnetismo eran fenómenos independientes.
Al acercar un objeto cargado a un imán, solo aparecía una atracción global, igual a la que existe entre cualquier cuerpo cargado y uno neutro (el imán se comporta como neutro para esa carga).
La clave es que el cuerpo no se orientaba: no había un norte y un sur distintos, es decir, no había fuerzas magnéticas propiamente dichas.
Conclusión: la atracción se explicaba por inducción electrostática, no por magnetismo.

Respuesta

Solo aparecía una atracción global de tipo electrostático; el cuerpo cargado no se orientaba, lo que indica la ausencia de interacción magnética.

Parte 1.b

¿Qué observó Oersted exactamente?

Colocó una brújula (aguja imantada) cerca de un hilo conductor por el que circulaba corriente, alimentada por una pila similar a la de Volta (1800).
La aguja se desviaba: se orientaba formando un ángulo recto con el hilo y con la línea que une la brújula y el hilo.
Si se movía la brújula siguiendo la dirección de la aguja, esta describía una circunferencia alrededor del hilo.
Al invertir el sentido de la corriente, se invertía el sentido de desvío de la aguja.
El efecto persistía aunque se interpusieran placas de vidrio, metal o madera: la corriente actúa a distancia, sin contacto.

Respuesta

La corriente eléctrica desvía la aguja de la brújula; el campo magnético generado es circular y alrededor del hilo, y su sentido depende del sentido de la corriente.

Parte 1.c

¿Qué demostró Oersted sobre la simetría del efecto?

La acción magnética es recíproca: si un conductor con corriente actúa sobre un imán, el imán actúa sobre el conductor con una fuerza igual y opuesta.
La aguja de la brújula (imán) ejerce una fuerza sobre la bobina (carrete de hilo con corriente).
Esa fuerza hace que un extremo de la bobina actúe como polo norte y el otro como polo sur: la bobina con corriente se comporta como un imán (electroimán).

Respuesta

El efecto es simétrico y recíproco: un imán fuerza sobre la bobina con corriente, y la bobina se comporta como un imán con polos norte y sur.

Parte 1.d

Regla de la mano derecha y expresión del campo

Para hallar el sentido del campo magnético $\vec{B}$ alrededor de un hilo recto se usa la regla de la mano derecha: el pulgar apunta en el sentido de la corriente y los dedos curvados indican el sentido de las líneas de $\vec{B}$ (círculos concéntricos).
La intensidad del campo a una distancia $r$ del eje del hilo es $B = \frac{\mu_0\, I}{2\pi\, r},$ con $\mu_0 = 4\pi \times 10^{-7}\, \text{T} \cdot \text{m}/\text{A}$ .
Por tanto, $B \propto I$ (mayor corriente, mayor desvío de la aguja) y $B \propto 1/r$ (más lejos del hilo, menor desvío).
Verificación: si $I = 2\,\text{A}$ y $r = 0{,}05\,\text{m}$ , entonces $B = \frac{4\pi\times10^{-7}\times 2}{2\pi\times0{,}05} = \frac{2\times10^{-7}}{0{,}05} = 4\times10^{-6}\,\text{T} = 0{,}4\,\text{mT}.$

Respuesta

La aguja se alinea con el campo circular del hilo; $B = \frac{\mu_0 I}{2\pi r}$ , dependiente de la corriente y de la distancia.

Contenido de la página

ACTIVIDADES

1. Leo el siguiente planteamiento y realizo las actividades a continuación:

La analogía entre el magnetismo y la electricidad promovió la búsqueda de una relación que pudiera explicar sus características comunes. Sin embargo, los primeros intentos para investigar una posible relación entre cargas eléctricas e imanes resultaron infructuosos y mostraron que, al poner objetos cargados en presencia de imanes, la única fuerza que se ejerce entre ellos es una de atracción global, como la existente entre cualquier objeto cargado y otro neutro (en este caso, el imán). Es decir, un imán y un objeto cargado se atraen, pero no se orientan, lo que indica que no tiene lugar una interacción magnética entre ellos.

A comienzos de 1820, Oersted advirtió de forma casual, mientras realizaba observaciones sobre el fenómeno eléctrico con una pila análoga a la construida por Volta en 1800, que la aguja de una brújula colocada en las proximidades de un hilo conductor por el que circulaba una corriente eléctrica se desviaba. Repitió incesantemente estos experimentos con pilas más potentes y observó que la aguja oscilaba hasta formar un ángulo recto con el hilo y con la línea que unía la brújula y el hilo.

Si se la desplazaba de forma continua, en la dirección que señalaba la aguja, la brújula describía entonces un círculo alrededor del hilo conductor. Invirtiendo el sentido de la corriente eléctrica, cambiaba asimismo el sentido de la aguja de la brújula. Los efectos persistían incluso cuando se interponían placas de vidrio, metal o madera entre el hilo conductor y la brújula.

Poco después, Oersted demostró que el efecto era simétrico. No solo el cable recorrido por una corriente ejercía fuerzas sobre un imán (la aguja de la brújula): también el imán desarrollaba una fuerza sobre la bobina (carrete formado por un hilo conductor) por donde circulaba una corriente eléctrica, actuando un extremo de la bobina como el polo norte de un imán y el otro como el polo sur. Fuente: (Sánchez, 2012).

Esquema experimental: dos soportes verticales sostienen un hilo conductor horizontal por el que circula corriente desde una pila (polo $+$ en rojo, polo $-$ en azul). Bajo el hilo, sobre un soporte con base circular, hay una brújula cuya aguja (extremos verde y rojo) queda desviada; las flechas punteadas indican la oscilación de la aguja y una flecha gris continua indica el sentido de la corriente en el hilo. La línea roja (lado $+$ ) y la línea azul (lado $-$ ) forman el circuito cerrado con la pila.

Fuente: https://ln9.cn/3mubo — Texto de Física, pág. 145.

Ejemplos resueltos

Un hilo conductor rectilíneo lleva una corriente de $I = 3\,\text{A}$ . Calcular el campo magnético producido a una distancia $r = 10\,\text{cm}$ del eje del hilo.

Convertir la distancia a metros: $r = 10\,\text{cm} = 0{,}10\,\text{m}$ .
Usar la expresión del campo de un hilo rectilíneo: $B = \frac{\mu_0 I}{2\pi r}$ .
Sustituir: $B = \frac{4\pi\times10^{-7}\times 3}{2\pi\times0{,}10} = \frac{3\times10^{-7}}{0{,}10} = 3\times10^{-6}\,\text{T}$ .
Resultado: $B = 3\times10^{-6}\,\text{T} = 3\,\mu\text{T}$ . El sentido se obtiene con la regla de la mano derecha.

Tabla

Aspecto	Antes de Oersted (hasta ~1819)	Después de Oersted (1820)
Relación electricidad-magnetismo	Se suponían fenómenos independientes	Una corriente eléctrica produce un campo magnético
Observación al acercar un imán a una carga	Atracción global (electrostática), sin orientación	El cuerpo cargado no se orienta: no hay interacción magnética
Observación con corriente y brújula	No investigado	La aguja se desvía y forma un ángulo recto con el hilo
Forma del campo alrededor del hilo	—	Círculos concéntricos alrededor del conductor
Efecto de invertir la corriente	—	Se invierte el sentido de la aguja
Efecto de interponer placas (vidrio, metal, madera)	—	El efecto persiste (el campo actúa a distancia)
Simetría del efecto	—	El imán ejerce fuerza sobre la bobina, que actúa como imán

Diagrama

flowchart LR
  A[Descubrimiento de la pila de Volta 1800] --> B[Buscan relación entre cargas eléctricas e imanes]
  B --> C[Solo atracción global: sin orientación]
  C --> D[Oersted 1820: la aguja de la brújula se desvía]
  D --> E[El desvío es circular alrededor del hilo]
  D --> F[Al invertir la corriente se invierte el desvío]
  D --> G[El efecto persiste con placas intermedias]
  D --> H[Simetría: el imán fuerza sobre la bobina]
  H --> I[La bobina actúa como electroimán con polos N y S]

Fórmulas y ecuaciones

Campo magnético de un hilo conductor rectilíneo: $B = \frac{\mu_0 I}{2\pi r}$

Regla de la mano derecha: pulgar en el sentido de la corriente, dedos curvados en el sentido de $\vec{B}$

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

$\mu_0$ = $4\pi$ $\times$ $10^{-7}\$ , $\text{T}$ $\cdot$ $\text{m}$ / $\text{A}$

B $\propto$ $I,\quad$ B $\propto$ $\frac{1}{r}$

$\vec{B}$ $\text{ circula en círculos concéntricos alrededor del hilo (sentido por la regla de la mano derecha)}$

Glosario (6)

Experimento de Oersted: Descubrimiento de 1820 en el que se demostró que una corriente eléctrica produce un campo magnético capaz de desviar una brújula.
Campo magnético: Región del espacio donde actúan fuerzas magnéticas; alrededor de un hilo con corriente se manifiesta como líneas circulares concéntricas.
Aguja imantada / brújula: Imán en forma de aguja que, libre de rotación, se orienta siguiendo la dirección del campo magnético local.
Electroimán: Bobina (carrete) por la que circula corriente y que se comporta como un imán con polos norte y sur.
Principio de reciprocidad de Oersted: Si una corriente actúa magnéticamente sobre un imán, el imán ejerce una fuerza recíproca sobre la corriente.
Pila de Volta: Primer generador de corriente continua, compuesto por discos de metales distintos y electrolito, construido en 1800.

Preguntas para practicar

¿Por qué los primeros intentos de relacionar cargas eléctricas e imanes resultaron infructuosos?

Porque solo aparecía una atracción global de tipo electrostático, equivalente a la que ejerce un imán (neutro para la carga) sobre un cuerpo cargado mediante inducción; el cuerpo cargado no se orientaba, lo que indica que no había interacción magnética propiamente dicha, sino eléctrica.

Explique por qué la aguja de la brújula se desvía en presencia de un hilo conductor con corriente, incluso con placas de vidrio, metal o madera interpuestas.

La corriente eléctrica genera un campo magnético que actúa a distancia, sin necesidad de contacto ni de conductores intermedios; por eso las placas no bloquean el efecto. El campo es circular alrededor del hilo y, al actuar sobre la aguja imantada, esta se orienta siguiendo la dirección de dicho campo.

Según la simetría demostrada por Oersted, ¿qué ocurre cuando una corriente circula por una bobina (carrete)?

La bobina con corriente se comporta como un imán: un extremo actúa como polo norte y el otro como polo sur, y además ejerce una fuerza recíproca sobre cualquier imán cercano, igual y opuesta a la que el imán ejerce sobre la bobina (principio de reciprocidad).

Temas y conceptos clave

Experimento de Oersted (1820)Efecto magnético de la corriente eléctricaCampo magnético circular alrededor de un hiloSentido del campo y regla de la mano derechaPrincipio de reciprocidad / simetría del efectoAntecedentes históricos: Volta, imanes y cargas eléctricascorriente eléctricacampo magnéticobrújula / aguja imantadalínea de campo circularsentido de la corrientepila de Voltabobina / carreteelectroimánpolo norte y polo suratracción electrostática frente a fuerza magnética

Fuentes y referencias

Sánchez (2012) — texto citado dentro de la lectura
https://ln9.cn/3mubo — fuente de la ilustración del experimento de Oersted

¿Te fue útil esta página?

Figuras de la página (1)

Esquema del experimento de Oersted: dos soportes verticales sostienen un hilo conductor horizontal conectado a una pila (cables rojo con marca + y azul con marca −). Debajo del hilo, una brújula montada sobre un soporte de base circular muestra su aguja desviada, con flechas punteadas que indican la oscilación; una flecha gris continua señala el sentido de la corriente en el hilo. Fuente: https://ln9.cn/3mubo — Figura 1 image

Preguntas que la gente también hace

¿Qué descubrió Oersted en 1820 con una brújula y un hilo conductor?

Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.

¿Por qué la aguja de la brújula forma un ángulo recto con el hilo conductor?

Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.

¿Qué establece el principio de reciprocidad de Oersted entre corriente eléctrica e imán?

Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.

📌 Antes de leer esto

• Concepto de circuito eléctrico simple y pila
• Corriente eléctrica y su sentido
• Imanes, polos norte y sur y fuerzas de atracción-repulsión
• Vector campo magnético y líneas de fuerza

Siguiente tema sugerido

Actividades de aplicación sobre el experimento de Oersted y el campo magnético de una corriente (página 147)

📝 Transcripción de la página (texto seleccionable) 2068 caracteres

"ACTIVIDADES )

Leo el siguiente planteamiento y realizo las actividades a continuación:

Si se la desplazaba de forma continua, en la dirección que señalaba la aguja, la brújula describía entonces un círculo alrededor del hilo conductor. Invirtiendo el sentido de la corriente eléctrica, cambiaba asimismo el sentido de la aguja de la brújula. Los efectos persistían incluso cundo se interponían placas de vidrio, metal o madera entre el hilo conductor y la brújula.

Fuente: https://n9.cl/3mubo

Texto de Física \ 145

Páginas cercanas