Septiembre 01-02, Opción B

Se construye un solenoide enrollando uniformemente 1000 espiras circulares de cable conductor sobre un cilindro hueco de longitud L = 50 cm. Por el cable circula una corriente I = 2 A.

1. Calcula la intensidad del campo magnético en el interior del solenoide. Representa gráficamente, de forma aproximada, las líneas de campo magnético dentro y fuera del solenoide.

2. Si dentro del solenoide se introduce una barra de material ferromagnético, la intensidad del campo magnético aumenta notablemente. Explica este fenómeno.

μ ₀ = 4π·10^-7 m·kg·C^-2.

 

1. La intensidad de campo magnético en el interior de un solenoide puede hallarse a partir de la expresión:

En la que μ ₀ representa la permeabilidad magnética del vacío, N es el número de espiras que tiene el solenoide, I, la intensidad de corriente que circula y L , la longitud del solenoide.

Sustituyendo los valores del enunciado, obtenemos:

B = 1,6·π ·10^-3 Teslas

Las líneas de campo magnético se representan en la figura. Las líneas de campo entran por la cara Sur y salen por la Norte del solenoide. Una forma sencilla de distinguir ambas caras es imaginar el giro de un sacacorchos que lo hace en el sentido de la corriente en la espira más externa; según entre o salga, así lo harán las líneas de campo y corresponderá a una cara sur o norte respectivamente.

 

2. Toda la materia está constituida por cargas eléctricas en movimiento (electrones). Una carga en movimiento crea un campo magnético. Se puede caracterizar ese movimiento de los electrones dentro de los átomos por el momento magnético (orbital y de espín) del electrón que es una magnitud vectorial.

 

Un material ferromagnético consiste en una sustancia que, introducida en un campo magnético externo, orienta sus momentos magnéticos atómicos en la dirección y sentido del campo magnético externo. Esto es, se magnetizan fuertemente en presencia de una un campo magnético.

 

La explicación de este comportamiento se explica por el hecho de que existen dentro del material ferromagnético, unas zonas de imanación fuerte (dominios magnéticos) donde los momentos magnéticos atómicos están fuertemente alineados. En ausencia de un campo externo, la orientación de estos dominios es aleatoria; pero ante un campo externo, los dominios se alinean a favor del campo lo que produce un aumento del campo externo. Cuando desaparece el campo externo, los dominios se desorientan. En ocasiones en las que el campo externo es muy fuerte, pueden convertirse en imanes permanentes. Ejemplos de materiales ferromagnéticos son: hierro, cobalto, níquel algunas aleaciones de hierro, etc.

 

Esto es lo que sucede cuando se introduce una barra de material ferromagnético en el interior de un solenoide. El campo magnético que origina el paso de la corriente eléctrica corresponde al campo magnético externo que orienta los dominios magnéticos de la barra, aumentando el campo magnético del solenoide.