En este post te explicamos en qué consiste la ley de Ampère. Así pues, encontrarás qué establece la ley de Ampère, cuál es la fórmula de la ley de Ampère y para que sirve esta ley tan famosa del electromagnetismo.
Índice
¿Qué es la ley de Ampère?
La ley de Ampère es una ley del electromagnetismo que relaciona el valor de una corriente eléctrica estacionaria con el campo magnético que genera. Por lo tanto, la ley de Ampère permite calcular el campo magnético que crea una corriente estacionaria.
La ley de Ampère fue descubierta por el físico francés André-Marie Ampère en 1826.
Esta ley resulta muy útil porque nos permite relacionar la electricidad con el magnetismo. Aunque la ley de Ampère original solo es válida para situaciones de magnetostática, esta fue corregida posteriormente por Maxwell para que pueda ser aplicada en campos eléctricos no estacionarios. Más abajo veremos cuál es la ley de Ampère corregida por Maxwell.
Fórmula de la ley de Ampère
La ley de Ampère establece que la circulación del campo magnético a lo largo de una línea cerrada es igual a la permeabilidad magnética multiplicada por la intensidad de la corriente eléctrica total que atraviesa la superficie delimitada por la línea cerrada.
Por lo tanto, la fórmula de la ley de Ampère es la siguiente:
Donde:
es el campo magnético.
es el un vector tangente a la trayectoria elegida en cada punto.
es la permeabilidad magnética en el vacío, cuyo valor es 4π·10−7 N/A2.
es la intensidad de la corriente eléctrica neta que atraviesa la superficie delimitada por la línea cerrada.
Ten en cuenta que la corriente neta se calcula sumando y restando aquellas corrientes que atraviesan la superficie delimitada por la línea cerrada. Si la corriente tiene el mismo sentido que el vector normal de la superficie es positiva, pero si la corriente tiene signo contrario es negativa.
De la fórmula de la ley de Ampère podemos deducir que el campo magnético a lo largo de una línea cerrada no es nulo, por lo que se llega a la conclusión de que el campo magnético no es conservativo.
Campo magnético creado por un conductor recto
A partir de la ley de Ampère, podemos deducir la fórmula que nos permite calcular el campo magnético que genera un conductor rectilíneo.
La intensidad del campo magnético generado por un conductor de electricidad recto es igual a la permeabilidad magnética multiplicado por la intensidad de la corriente eléctrica dividido por dos por pi y por la distancia al conductor.
Por lo tanto, la fórmula de la intensidad del campo magnético creado por un conductor recto es la siguiente:
Donde:
- es la intensidad del campo magnético, cuya unidad en el Sistema Internacional es el tesla (T).
es la permeabilidad magnética, cuyo valor en el vacío es 4π·10−7 N/A2.
es la intensidad de la corriente eléctrica.
es la distancia desde el conductor hasta el punto en el que se evalúa el campo magnético.
Para determinar la dirección y el sentido del campo magnético se puede utilizar la regla de la mano derecha. Este regla consiste en colocar el pulgar de la mano derecha de manera que apunte a la misma dirección que la corriente eléctrica. Entonces, el resto de dedos de la mano derecha te indicarán el sentido del campo magnético.
Campo magnético creado por una bobina
El campo magnético que genera una bobina o solenoide también se puede determinar mediante la ley de Ampère.
Una bobina es un conjunto de muchas espiras por el que circula corriente eléctrica. Por lo tanto, el campo magnético producido por una bobina es la suma del campo magnético producido por cada espira.
En concreto, la intensidad del campo magnético creado por una bobina es igual a la permeabilidad magnética por el número de espiras por la intensidad de corriente que circula pr ellas dividido por la longitud de la bobina.
De modo que la fórmula de la intensidad del campo magnético generado por una bobina es la siguiente:
Donde:
- es la intensidad del campo magnético, cuya unidad en el Sistema Internacional es el tesla (T).
- es la permeabilidad magnética, cuyo valor en el vacío es 4π·10−7 m·kg/C2.
es el número de espiras.- es la intensidad de la corriente eléctrica.
es longitud de la bobina.
Ley de Ampère generalizada
La ley de Ampère original, es decir, la que hemos visto arriba descubierta por André-Marie Ampère, solo se puede aplicar en unas condiciones determinadas. En concreto, la ley de Ampère original únicamente es válida cuando el campo eléctrico es estacionario (corrientes eléctricas estacionarias).
Posteriormente, el físico escocés James Clerk Maxwell modificó la ley de Ampère para que pueda ser aplicable a campos eléctricos que cambian con el tiempo.
Así pues, la ley de Ampère generalizada, también conocida como ley de Ampère-Maxwell, en su forma integral es la siguiente:
Asimismo, la ley de Ampère-Maxwell en su forma diferencial es la siguiente:
Aplicaciones de la ley de Ampère
La ley de Ampère tiene diversas aplicaciones tanto en física como en ingeniería, a continuación te mostramos las más destacadas:
- Diseño de circuitos eléctricos y electrónicos: la ley de Ampère es fundamental en el análisis y diseño de circuitos eléctricos y electrónicos, pues permite determinar los campos magnéticos generados por corrientes eléctricas en conductores y componentes electrónicos.
- Electrodinámica: la ley de Ampère se utiliza para entender el comportamiento de partículas cargadas en movimiento y su interacción con campos magnéticos. Esta ley es crucial para la descripción de fenómenos como la fuerza de Lorentz y la inducción electromagnética.
- Ingeniería de telecomunicaciones: en aplicaciones relacionadas con telecomunicaciones y transmisión de señales, la ley de Ampère es útil para el diseño de antenas, cables coaxiales y otros dispositivos electromagnéticos utilizados en sistemas de comunicación.
- Imanes y dispositivos magnéticos: la ley de Ampère es fundamental en la descripción y diseño de imanes permanentes, electroimanes y otros dispositivos magnéticos. Permite calcular los campos magnéticos generados por bobinas de alambre y otros dispositivos magnéticos, lo que es esencial en la fabricación de motores eléctricos, generadores y dispositivos de almacenamiento de información magnética.
