La Ley de Ampère es uno de los principios fundamentales de la electrodinámica que rige el comportamiento de los campos magnéticos generados por corrientes eléctricas. Formulada por André-Marie Ampère en el siglo XIX, esta ley ha sido fundamental en la comprensión y el desarrollo de la teoría electromagnética.
Esta ley está relacionada con la interacción entre corrientes eléctricas y campos magnéticos. Además, es una de las cuatro ecuaciones fundamentales del electromagnetismo, que también incluyen las ecuaciones de Maxwell, y proporciona una base sólida para comprender el comportamiento de los campos magnéticos.
¿Qué establece la ley de Ampère?
La ley de Ampère establece:
- La circulación del campo magnético de corrientes constantes a lo largo de cualquier circuito cerrado es proporcional a la suma de las fuerzas de las corrientes que atraviesan la superfície del circuito.
- Si se utiliza corriente coninua, el campo magnético es continuo.
- Si se utiliza corriente alterna, el campo magnético es alterno.
Fórmula de la ley de Ampère
La ley de Ampère se puede representar con la siguiente ecuación:
En esta fórmula para calcular el campo magnético, la integral representa la circulación de las líneas de campo a lo largo de una trayectoria cerrada, y:
-
μ0 es la permeabilidad del vacío
-
dl es un vector tangente a la trayectoria elegida en cada punto
-
IT es la intensidad de corriente neta que atraviesa la superficie delimitada por la trayectoria, y será positiva o negativa según el sentido con el que atraviese a la superficie.
Ejemplos de la ley de Ampère
Ejemplo 1: El electroimán
Un electroimán es un tipo de imán que se activa cuando circula una corriente eléctrica por él. Habitualmente, los electroimanes estan formados por un gran número de espiras de alambre muy próximas entre sí.
Si los extremos de este alambre estan conectados a una diferencia de potencial, circula la corriente eléctria por él y se genera un campo magnético.
Este campo magnética es equivalente a la suma de los campos magnéticos de cada espira y se puede calcular aplicando la ley de Ampère.
Ejemplo 2: Regla de la mano derecha
Imaginemos un alambre largo y recto que lleva una corriente eléctrica I.
Podemos aplicar la Ley de Ampère para determinar el campo magnético generado por esta corriente.
Si trazamos una trayectoria circular alrededor del alambre, la circulación del campo magnético a lo largo de esta trayectoria será proporcional a la corriente que atraviesa el área encerrada por la trayectoria.
Esto se conoce como la regla de la mano derecha y se utiliza para determinar la dirección del campo magnético alrededor del conductor.
Usos y aplicaciones
- Cálculo de campos magnéticos: esta ley es una herramienta fundamental para calcular campos magnéticos generados por corrientes eléctricas. Esto es esencial en la construcción de electroimanes, motores eléctricos y transformadores, donde se controla y aprovecha el campo magnético generado.
- Teoría electromagnética: como hemos mencionado anteriormente, es una de las ecuaciones de Maxwell que junto con las otras tres ecuaciones, describe completamente el electromagnetismo. Estas ecuaciones son fundamentales en la teoría de campos electromagnéticos y han dado lugar a muchas aplicaciones tecnológicas, como la radio, la televisión y la comunicación inalámbrica.
- Inducción electromagnética: La ley de Ampère es esencial para comprender la inducción electromagnética, el principio en el que se basan los generadores eléctricos y la generación de electricidad en centrales eléctricas. Esta ley permite calcular la fuerza electromotriz inducida en un circuito debido a cambios en el flujo de campo magnético.
- Diseño de circuitos magnéticos: En la ingeniería eléctrica, se utiliza para diseñar circuitos magnéticos eficientes, como núcleos de transformadores y bobinas. Esto garantiza que la energía se transfiera de manera efectiva y se minimizan las pérdidas.
Fuerza de atracción entre conductores con corriente eléctrica
Dos conductores se influyen entre sí. Las corrientes eléctricas paralelas y rectificadas se atraen, las corrientes paralelas y opuestas se repelen.
Esto se puede entender en términos de la fuerza de Lorentz: la corriente en un cable genera un campo magnético que, debido a la ley de Lorentz, produce una fuerza sobre las cargas en movimiento en el otro cable y, por lo tanto, ambos cables sienten una fuerza mutua.
La ley de Ampère y las leyes de Maxwell
Despues del descubrimiento de la ley de Ampère, Maxwell resumió toda la teoría del electromagnetismo en cuatro ecuaciones: las leyes de Maxwell.
La ley de Ampere, con una extensión para un desplazamiento dieléctrico dependiente del tiempo, es una de ellas. Sin embargo, las leyes de Maxwell a menudo se escriben en forma diferencial, es decir, no con integrales como antes, sino ecuaciones que dan relaciones entre las derivadas de los campos eléctrico y magnético.