El campo magnético y la inducción electromagnética

Este cuestionario de Física de 2º de Bachillerato desarrolla el campo magnético y la inducción electromagnética, bloque que cierra el electromagnetismo clásico tras el estudio del campo eléctrico, contenido de peso considerable en la PAU (Selectividad).

Se parte del campo magnético creado por un conductor rectilíneo infinito, B=μ₀I/(2πr), obtenido aplicando la ley de Ampère a un camino circular alrededor del hilo, y se extiende al caso del solenoide ideal, donde el campo interior es B=μ₀nI (con n=N/L, el número de espiras por unidad de longitud) — una fórmula que se distingue cuidadosamente de la expresión sin dividir entre L, un error común de confusión entre ambas fórmulas.

La fuerza de Lorentz, F=q(E+v×B), se presenta como la suma de las componentes eléctrica y magnética: la componente magnética es siempre perpendicular a la velocidad de la carga, por lo que nunca realiza trabajo y solo cambia la dirección del movimiento, nunca su rapidez — esto explica por qué una carga que entra perpendicularmente a un campo magnético uniforme describe un movimiento circular uniforme, con la fuerza magnética actuando como fuerza centrípeta. Se aplica esta idea al selector de velocidades: para que una carga no se desvíe en campos E y B perpendiculares, debe cumplirse E=-v×B, de modo que las fuerzas eléctrica y magnética se cancelen exactamente.

Se estudia la fuerza entre dos conductores paralelos con corriente en el mismo sentido, que resulta atractiva (repulsiva si las corrientes son de sentido opuesto), y se distingue el comportamiento de una carga en reposo (solo experimenta fuerza eléctrica, nunca magnética, ya que esta última requiere movimiento) del de una carga en movimiento.

El bloque de inducción electromagnética trabaja la ley de Faraday, ε=-N(dΦ/dt), identificando los factores que determinan la fem inducida (rapidez de cambio del flujo, número de espiras, orientación relativa campo-superficie) y descartando los que no influyen (masa del conductor, temperatura). La ley de Lenz se presenta como consecuencia directa del principio de conservación de la energía: la corriente inducida siempre se opone al cambio de flujo que la genera. Se resuelve un problema de derivación: si el campo varía como B(t)=B₀sen(ωt), la fem inducida sigue una función coseno, por ser la derivada temporal del flujo.

Las 12 preguntas combinan problemas conceptuales sobre fuerza de Lorentz y movimiento circular, cálculo de campos magnéticos (hilo infinito, solenoide), y aplicación de las leyes de Faraday y Lenz. Las 12 flashcards recogen todas las fórmulas del bloque para el repaso final antes del examen de la PAU.

• Calcular el campo magnético creado por un conductor rectilíneo infinito y por un solenoide ideal
• Aplicar la fuerza de Lorentz para explicar el movimiento circular de una carga en un campo magnético uniforme perpendicular a su velocidad
• Determinar la condición de equilibrio de fuerzas en un selector de velocidades (E=-v×B)
• Aplicar la ley de Faraday para calcular la fuerza electromotriz inducida a partir de la variación temporal del flujo magnético
• Aplicar la ley de Lenz para determinar el sentido de la corriente inducida y relacionarla con la conservación de la energía

"Un conductor rectilíneo largo transporta una corriente I. Aplicando la ley de Ampère a un camino circular de radio r alrededor del conductor, obtenemos B(2πr)=μ₀I, de donde B=μ₀I/(2πr). Para un solenoide, el campo magnético en su interior es B=μ₀nI, donde n=N/L es el número de espiras por unidad de longitud."