Calculadora de campo magnético (hilo, espira, solenoide y toroide)

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Resultado

Campo magnético B5,027 mT
Campo magnético B50,27 G
Comparado con el campo terrestre (unos 50 µT)100,5 ×

Calcula la densidad de flujo magnético B producida por una corriente: alrededor de un hilo recto largo, en el centro de una espira circular o bobina, dentro de un solenoide largo y dentro de un toroide, con un núcleo de hierro opcional. Un quinto modo da la fuerza sobre un hilo que transporta una corriente en un campo magnético. Los resultados se dan en tesla y gauss y se comparan con el campo magnético terrestre.

Solución paso a paso

Permeabilidad del vacío

μ₀ = 4π × 10⁻⁷ T·m/A

Dentro de un solenoide largo

n = N/L = 500/0,25 = 2000 espiras por metro
B = μ₀·μr·n·I = 4π × 10⁻⁷·1·2000·2 = 5,027 mT
El campo en el interior es casi uniforme y no depende del radio; cerca de los extremos baja a la mitad aproximadamente.

Fórmulas clave

Hilo recto y largo
B = μ0I/(2πr)
Centro de una bobina plana
B = μ0NI/(2R)
Solenoide largo
B = μ0nI, n = N/L
Constante
μ0 = 4π × 10⁻⁷ T·m/A
Fuerza sobre un hilo
F = BIL·sin θ
Fuerza sobre una carga
F = |q|vB·sin θ
Movimiento circular
r = mv/(|q|B), T = 2πm/(|q|B)
Hilos paralelos
F/L = μ0I1I2/(2πd)
Flujo
Φ = BA·cos θ
Ley de Faraday
ε = −N·ΔΦ/Δt
Varilla en movimiento
ε = BLv
Generador
E0 = NBAω, Erms = E0/√2
Inductancia
ε = L·ΔI/Δt, L = μ0N²A/l, W = ½LI²
Inductancia mutua
ε2 = M·di1/dt, M = k√(L1L2)
Selector de velocidades y espectrómetro
v = E/B, r = √(2mV/|q|)/B

Cómo calcular el campo magnético de una corriente

  1. Usa la permeabilidad del vacío μ₀ = 4π × 10⁻⁷ T·m/A y convierte todas las longitudes a metros.
  2. Hilo recto largo: B = μ₀·I/(2π·r) a una distancia r. Las líneas de campo son circunferencias alrededor del hilo (regla de la mano derecha).
  3. Centro de una espira circular de N vueltas: B = μ₀·N·I/(2R).
  4. Solenoide largo: B = μ₀·μr·n·I con n = N/L vueltas por metro; el campo en su interior es casi uniforme. Toroide: B = μ₀·μr·N·I/(2π·r).
  5. Fuerza sobre un hilo recto en un campo: F = B·I·L·sen θ, donde θ es el ángulo entre el hilo y el campo.

Preguntas y respuestas

¿Cuál es la diferencia entre tesla y gauss?

Ambos miden la densidad de flujo magnético. El tesla es la unidad del SI y 1 T = 10 000 gauss. El campo terrestre es de unos 50 µT, o 0,5 G; un imán de nevera ronda los 5 mT y un resonador de MRI entre 1,5 y 3 T.

¿Por qué un núcleo de hierro aumenta el campo?

El hierro tiene una permeabilidad relativa μr grande, a menudo de varios miles, por lo que multiplica el campo. Pero el hierro se satura hacia 1,5 a 2 T, así que más allá de eso la fórmula simple sobrestima el campo.

¿Qué precisión tiene la fórmula del solenoide?

Es exacta para un solenoide infinitamente largo. Para una bobina real es buena cerca del centro cuando la longitud es mucho mayor que el radio; en los extremos el campo cae a aproximadamente la mitad.

¿En qué dirección actúa la fuerza sobre un hilo?

Perpendicular tanto al hilo como al campo, dada por la regla de la mano derecha (o la regla de la mano izquierda de Fleming). Es máxima cuando el hilo es perpendicular al campo y nula cuando discurre a lo largo del campo.

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