1. Ley de Ampère

La circulación de $\vec B$ a lo largo de una curva cerrada es proporcional a la corriente que la atraviesa:

$$ \oint \vec B\cdot d\vec l = \mu_0\, I_{enc} $$

Es el equivalente magnético del teorema de Gauss. El campo magnético no es conservativo y sus líneas son cerradas: no existen monopolos magnéticos ($\oint \vec B\cdot d\vec S = 0$).

2. Fuerza entre corrientes paralelas

Dos hilos paralelos se atraen si las corrientes tienen el mismo sentido y se repelen si son opuestas:

$$ \frac{F}{L} = \frac{\mu_0 I_1 I_2}{2\pi d} $$

Definición de amperio: corriente que, en dos hilos a 1 m, produce $2\cdot10^{-7}$ N/m.

3. Ejemplos resueltos

Fuerza por metro entre dos hilos con 5 A y 8 A a 10 cm.

$\dfrac FL = \dfrac{2\cdot10^{-7}\cdot5\cdot8}{0{,}1} = 8\cdot10^{-5}$ N/m

Dos hilos paralelos separados 0,4 m con 2 A y 6 A en el mismo sentido. ¿Dónde se anula el campo entre ellos?

$\dfrac{\mu_0\cdot2}{2\pi x} = \dfrac{\mu_0\cdot6}{2\pi(0{,}4-x)} \Rightarrow 2(0{,}4-x)=6x \Rightarrow x = 0{,}1$ m del hilo de 2 A.

Un hilo recto con 5 A atraviesa el centro de una circunferencia de 10 cm de radio. Calcula la circulación de $\vec B$ y su módulo sobre la circunferencia.

$\oint\vec B\cdot d\vec l=\mu_0I=6{,}28\cdot10^{-6}\ \mathrm{T\,m}$.

$B\cdot2\pi r=\mu_0I\Rightarrow B=1{,}00\cdot10^{-5}\ \mathrm{T}$

Dos hilos paralelos, separados 5 cm, llevan 10 A y 20 A en sentidos opuestos. Calcula la fuerza por unidad de longitud e indica si se atraen o repelen.

$\dfrac{F}{L}=\dfrac{\mu_0I_1I_2}{2\pi d}=\dfrac{4\pi\cdot10^{-7}\cdot10\cdot20}{2\pi\cdot0{,}05}=8{,}00\cdot10^{-4}\ \mathrm{N/m}$; sentidos opuestos: se repelen.

Dos hilos separados 0,2 m llevan 3 A cada uno en el mismo sentido. Calcula el campo en el punto medio.

Cada hilo crea $B=\dfrac{\mu_0I}{2\pi r}=6{,}00\cdot10^{-6}\ \mathrm{T}$ a 0,1 m, con sentidos opuestos en el punto medio. Por tanto $B_{total}=0$.

4. Errores frecuentes

  • Sumar campos de hilos sin tener en cuenta que, entre ambos, los sentidos pueden ser opuestos.
  • Confundir $n$ (espiras por metro) con $N$ (número total de espiras).

Contenido ampliado de los apuntes completos

3. Ley de Ampère

En 1828 el físico y matemático francés André Marie formuló la ley de Ampère que lleva su nombre. James Clerk Maxwell la corrigió posteriormente y ahora es una de las ecuaciones de Maxwell.

La circulación de un campo magnético alrededor de una línea cerrada arbitraria y orientada C es igual a la permeabilidad del medio multiplicada por la intensidad de la corriente neta que atraviesa el área encerrada por C.

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

El comportamiento del campo magnético en una superficie cerrada no es 0 por lo que se trata de un campo no conservativo. A diferencia del campo eléctrico y del campo gravitatorio.

1. Dos hilos paralelos con corrientes del mismo sentido: (1 punto)

2. Dos hilos paralelos con corrientes en sentidos opuestos: (1 punto)

3. Problemas numéricos (μ₀ = 4π·10⁻⁷ T·m/A; e = 1,6·10⁻¹⁹ C; m_e = 9,1·10⁻³¹ kg; m_p = 1,67·10⁻²⁷ kg): (4 puntos)

a ) Fuerza por metro (en 10⁻⁴ N/m) entre dos hilos con 10 A cada uno a 5 cm.

b ) Fuerza (en 10⁻⁵ N) sobre 2 m de un hilo con 10 A, paralelo a otro con 5 A a 0,1 m.

c ) Circulación de B (en 10⁻⁶ T·m) alrededor de una corriente de 8 A.

d ) Corriente (A) de un hilo que crea 2·10⁻⁵ T a 0,1 m.