Oersteddescubre la relación entre electricidad y magnetismo
La ley de Oersted es una ley física del electromagnetismo que afirma que una corriente eléctrica produce un campo magnético. Hans Christian Oersted (1777-1851), científico danés, la descubrió el 21 de abril de 1820, cuando observó que la aguja de una brújula situada cerca de un hilo conductor de corriente giraba perpendicularmente al hilo. Al tiempo que definía el campo magnético producido por un hilo recto conductor de corriente, descubría también la relación inicial entre electricidad y magnetismo.
La aguja de una brújula simple se desvía al acercarla a un hilo conductor de corriente, Wikimedia Commons CC BY-SA 3.0
En 1820, Oersted anunció su descubrimiento de que una corriente eléctrica cercana desviaba la aguja de una brújula del norte magnético, demostrando una relación directa entre la electricidad y el magnetismo. Existía el mito de que descubrió el hallazgo por casualidad durante una de sus conferencias, sin embargo, llevaba buscando una relación entre la electricidad y el magnetismo desde 1818. Sólo que no estaba seguro del significado de los descubrimientos.
Su primera suposición fue que las propiedades magnéticas irradian desde todos los lados de un cable que lleva una corriente eléctrica, como irradian la luz y el calor. Llevó a cabo una investigación más intensa tres meses después y publicó sus descubrimientos poco después. Demostró que una corriente eléctrica crea un campo magnético circular a medida que se desplaza por un alambre. Oersted también observó que la intensidad del campo magnético \(B\) era directamente proporcional ala magnitud de la corriente \(I\)
\(B \propio de I\)
y la intensidad del campo magnético \(B\) era inversamente proporcional a la distancia de la corriente \(r\).
\(B \propto \frac{1}{r}\).
Diagrama del experimento de Oersted
La figura siguiente es el diagrama de un circuito que muestra el montaje de Oersted. Una pila está conectada a una brújula magnética y a una resistencia. El interruptor está inicialmente abierto, no pasa corriente por la brújula y su aguja no se desvía.
En la imagen, hay una brújula magnética colocada en un circuito en el que intervienen dos pilas y una resistencia. Como el interruptor está apagado, el cable no lleva corriente y no se produce ningún cambio en la brújula. JavaLab
En la imagen siguiente, podemos ver que el interruptor está ahora cerrado. Ahora pasa corriente por la brújula y su aguja se desvía.
Ahora el interruptor está encendido. El cable empieza a conducir corriente y se produce una desviación en la aguja de la brújula. JavaLab
¿Por qué se produce una desviación en la aguja de la brújula sólo cuando el interruptor está encendido? ¡Vamos a explicarlo!
Simulación del Experimento de Oersted
Cuando la corriente recorre el circuito, los electrones que fluyen por el alambre crean un campo magnético a su alrededor. El norte de la aguja se desvía al colocar la brújula magnética, como se indica en la imagen anterior. Esto se debe a que existe un campo magnético producido por un hilo conductor de corriente. La dirección del campo magnético se puede mostrar con la regla de la mano derecha, de la que hablaremos dentro de un momento.
Dirección del campo magnético de un hilo conductor de corriente
La imagen siguiente es una ilustración sencilla que muestra cómo se puede determinar la dirección de la corriente si se conoce la dirección del campo magnético, y viceversa.
Según la regla de la mano derecha, el pulgar muestra la dirección de la corriente, y cuatro dedos se enroscan alrededor del alambre y muestran la dirección del campo magnético, Creative Commons
La regla de la mano derecha, como se denomina, puede utilizarse para determinar la dirección del campo magnético en una posición dada, así como la dirección de las puntas de flecha en las líneas de campo magnético, que es la dirección en la que apunta el "polo norte" de la aguja de la brújula. Los dedos se enrollan alrededor del alambre en la dirección del campo magnético si la mano derecha se enrolla alrededor del alambre con el pulgar apuntando en la dirección de la corriente.
Ejemplos del experimento de Oersted
Apliquemos la regla de la mano derecha a un ejemplo sencillo para determinar si comprendemos cómo puede utilizarse para hallar la dirección del campo magnético. En la figura siguiente, un hilo conductor de corriente pasa por la mano con la corriente fluyendo hacia arriba y hacia la derecha. Sabemos por el experimento de Oersted que esta corriente generará un campo magnético, pero ¿en qué dirección apuntará este campo?
Una corriente pasa en dirección arriba y a la derecha. La regla de la mano derecha puede utilizarse para hallar la dirección del campo magnético, adaptado de la imagen de SVGguru CC BY-SA 4.0
La regla de la mano derecha puede utilizarse para determinar la dirección en la que apuntarán las líneas del campo magnético. Es decir, el pulgar sigue la dirección de la corriente; hacia arriba y hacia la derecha. Una corriente recta indica, en primer lugar, que el campo magnético se enroscará alrededor del alambre. Luego, los nudillos que miran hacia nosotros (hacia fuera de la página) indican que en ese punto las líneas del campo magnético apuntan hacia nosotros, y las puntas de los dedos que apuntan hacia fuera de nosotros (hacia dentro de la página) indican que en ese punto las líneas del campo magnético apuntan hacia fuera de nosotros. La imagen de abajo nos da entonces la imagen completa de la dirección del campo magnético (dibujando sólo una línea de campo para simplificar).
La corriente que pasa por un alambre en la dirección identificada en rojo producirá un campo magnético en la dirección indicada en azul, Wikimedia Commons CC BY-SA 4.0
Si colocáramos una brújula en las proximidades de este alambre, observaríamos que el polo norte de dicha brújula se desviará para apuntar en la dirección de las líneas de campo. Si se invierte la dirección de la corriente, se invertirá la dirección en la que apuntarán las líneas del campo magnético. Esto es esencialmente lo que Oersted había descubierto en su experimento y ha constituido la base del electromagnetismo.
Resumen del experimento de Oersted sobre el electromagnetismo
Ahora podemos resumir los descubrimientos de Oersted a partir de su experimento. Para un hilo recto que transporta una corriente continua (CC) constante, Oersted descubrió que
- El hilo conductor de corriente está rodeado por líneas de campo magnético.
- El campo magnético invierte su dirección cuando se invierte la dirección de la corriente.
- La magnitud de la corriente era directamente proporcional a la intensidad del campo magnético.
- La intensidad del campo magnético era inversamente proporcional a la distancia de la corriente.
Experimento de Oersted - Puntos clave
- Una corriente eléctrica crea un campo magnético circular cuando circula por un alambre.
- El campo magnético invierte su dirección cuando se invierte el sentido de la corriente.
- La magnitud de la corriente es directamente proporcional a la intensidad del campo.
- La intensidad del campo magnético es inversamente proporcional a la distancia de la corriente.
- Según la regla de la mano derecha, el pulgar muestra la dirección de la corriente, y cuatro dedos se enroscan alrededor del alambre y muestran la dirección del campo magnético.
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