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Descubrimiento de Oersted: la corriente eléctrica produce campo magnético

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Respuesta rápida

Actividad 1: el texto de Oersted (1820) muestra que la corriente eléctrica genera un campo magnético circular alrededor del hilo: desvía la brújula, cambia de sentido al invertir la corriente, atraviesa cualquier material y actúa de forma simétrica (bobina = imán).

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

Solución — Página 146

Fisica 3° · 2024

Actividad 1 — Lectura del planteamiento

La página no incluye preguntas numéricas: presenta un texto de lectura y un esquema del experimento de Oersted, junto con la instrucción "Leo el siguiente planteamiento y realizo las actividades a continuación" (los ejercicios concretos aparecen en la página siguiente).

Contenido de la lectura (transcripción resumida)

Al inicio del siglo XIX se buscaba una relación entre magnetismo y electricidad; los primeros experimentos (cargas en presencia de imanes) solo mostraron atracción global, sin orientación, es decir, sin interacción magnética.
En 1820, Oersted, trabajando con una pila semejante a la de Volta (1800), observó que la aguja de una brújula se desviaba al acercarla a un hilo conductor con corriente.
La aguja oscilaba hasta formar un ángulo recto con el hilo y con la línea que une la brújula y el hilo; al desplazar la brújula siguiendo la dirección de la aguja, esta describía un círculo alrededor del hilo.
Al invertir el sentido de la corriente, cambiaba el sentido de la aguja.
Los efectos persistían con placas de vidrio, metal o madera interpuestas: no hay un medio material que bloquee esta acción.
Oersted demostró además que el efecto es simétrico: la corriente ejerce fuerza sobre el imán y, a su vez, el imán (bobina con corriente) actúa como un imán con polos norte y sur.

Interpretación física

Una corriente eléctrica genera un campo magnético $bvec{B}$ alrededor del conductor. Ese campo se dispone en círculos concéntricos centrados en el hilo (Ley de Ampère / regla de la mano derecha). Al orientar la brújula tangente a esos círculos, el polo norte de la aguja se alinea con $bvec{B}$ , produciendo la desviación observada. Al invertir la corriente, $bvec{B}$ invierte su sentido y con él la orientación de la aguja.

Sentido del campo: regla de la mano derecha (pulgar en el sentido de la corriente, dedos curvados dan el sentido de $bvec{B}$ ).
Intensidad: la desviación crece con la corriente (Oersted usó pilas más potentes y observó mayor efecto).
Independencia del medio: el campo magnético se propaga en el vacío y atraviesa vidrio, metal y madera.

Respuesta: El experimento de Oersted demuestra que la corriente eléctrica produce un campo magnético circular alrededor del conductor; por eso la brújula se desvía, cambia de sentido con la corriente y actúa sobre cualquier material, e inversamente la bobina con corriente se comporta como un imán.

Esquema del experimento (interpretación del diagrama)

Dos pilas verticales (puestos con marcadores rojo $+$ y azul $-$ ) alimentan un circuito cerrado por conductores amarillos.
Un hilo horizontal lleva la corriente en el sentido indicado por la flecha (de la terminal positiva a la negativa).
Debajo del hilo, una aguja de brújula (bicolor: verde y rojo) está montada sobre un soporte giratorio y queda desviada respecto de la posición inicial, tangente al campo circular generado por el hilo.
La brújula se coloca paralela al hilo para que la desviación sea máxima; al invertir la corriente, la aguja gira en sentido contrario.

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 del experimento de Oersted: circuito con pilas (+ y -), hilo conductor con corriente y brújula desviada debajo del hilo

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

Texto de Física, página 145.

Ejemplos resueltos

Según el texto, ¿qué ocurre con la aguja de la brújula si se invierte el sentido de la corriente en el hilo conductor?

La corriente $I$ genera el campo $\vec{B}$ alrededor del hilo.
Al invertir $I$ , el vector $\vec{B}$ invierte su sentido en todo círculo alrededor del conductor.
La aguja (que se alinea con $\vec{B}$ ) gira en sentido opuesto al anterior. Respuesta: cambia el sentido de desviación de la aguja.

¿Por qué el efecto persiste aunque se interpongan placas de vidrio, metal o madera?

El campo magnético no necesita medio material para propagarse: atraviesa vidrio, metal y madera, y también el vacío. Por eso la desviación de la aguja no desaparece al interponer las placas.

Tabla

Hecho observado por Oersted	Interpretación
La aguja se desvía cerca del hilo con corriente	La corriente produce campo magnético $\vec{B}$
La aguja forma ángulo recto con el hilo	$\vec{B}$ es perpendicular al hilo en cada punto
La brújula traza un círculo alrededor del hilo	$\vec{B}$ tiene forma de círculos concéntricos
Al invertir la corriente cambia la aguja	El sentido de $\vec{B}$ depende del sentido de $I$
Persiste con vidrio, metal o madera	El campo magnético no requiere medio material
La bobina actúa como polo norte/sur	Efecto simétrico: corriente ⇄ imán

Diagrama

flowchart LR
  A[Descarga / pila de Volta 1800] --> B[Circula corriente I en un hilo conductor]
  B --> C[Se genera un campo magnético circular alrededor del hilo]
  C --> D[La aguja de la brújula se desvía y se alinea con B]
  D --> E[Invertir I cambia el sentido de la aguja]
  C --> F[El efecto atraviesa vidrio, metal o madera]
  F --> G[Simetría: la bobina con corriente se comporta como un imán]

Fórmulas y ecuaciones

Campo magnético a distancia r de un hilo largo: $B = \frac{\mu_{0} I}{2\pi r}$

Sentido de $\vec{B}$ : regla de la mano derecha

$\vec{B}$ $\perp$ $\vec{I}$

$\oint$ $\vec{B}$ $\cdot$ d $\vec{l}$ = $\mu_{0}$ I

B = $\frac{\mu_{0} I}{2\pi r}$

Glosario (5)

Efecto Oersted: Desviación de una aguja de brújula al acercarla a un conductor por el que circula corriente eléctrica, demostración de que la corriente produce campo magnético.
Pila: Fuente de energía eléctrica que mantiene una diferencia de potencial y hace circular corriente en un circuito; la pila de Volta (1800) fue la primera.
Hilo conductor: Conductor metálico por el que puede circular una corriente eléctrica.
Bobina (carrete): Espira o conjunto de espiras de hilo conductor por las que circula corriente y que, al pasar esta, se comporta como un imán.
Ángulo recto: Ángulo de $90^{\circ}$, como el que forma la aguja de brújula con el hilo conductor en el experimento de Oersted.

Preguntas para practicar

¿Qué concluyó Oersted a partir de la desviación de la aguja de la brújula?

Que una corriente eléctrica produce un campo magnético alrededor del conductor: la aguja se orienta tangente a los círculos de campo generados por el hilo, de modo que forma un ángulo recto con este.

Explique por qué el experimento de Oersted demostró que el efecto es simétrico.

Porque no solo la corriente actúa sobre el imán (aguja de la brújula), sino que también un imán (o bobina con corriente) actúa sobre la corriente; la bobina se comporta como un imán con un extremo de polo norte y el otro de polo sur.

¿Qué relación se estableció entre electricidad y magnetismo gracias a este experimento?

Se estableció que el magnetismo y la electricidad están íntimamente relacionados: la corriente eléctrica es una fuente de campo magnético y, recíprocamente, un campo magnético (o un imán) ejerce fuerzas sobre corrientes eléctricas.

Temas y conceptos clave

Relación entre magnetismo y electricidadExperimento de Oersted (1820)Desviación de la aguja de brújula por corriente eléctricaSimetría del efecto magnético de la corrienteOerstedVoltapilahilo conductorcorriente eléctricaaguja de brújulaángulo rectocampo magnético circularbobina/carretepolo norte y polo sur

Fuentes y referencias

Sánchez (2012) — texto citado en la lectura
https://n9.cl/3mubo — fuente de la imagen del experimento

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Preguntas que la gente también hace

¿Qué demostró Oersted en 1820 con su experimento de la brújula?

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

¿Por qué la aguja de una brújula se desvía cerca de un hilo con corriente eléctrica?

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

¿Cómo se relacionan electricidad y magnetismo según el experimento de Oersted?

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

📌 Antes de leer esto

• Concepto de corriente eléctrica y circuito cerrado
• Polos de un imán y funcionamiento de la brújula
• Fuerza de atracción/repulsión entre imanes

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Actividades de la página 147 sobre el experimento de Oersted y campo magnético de un hilo conductor

📝 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

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