PAU Física 2024 · Setembre · Sèrie 3 · Exercici 4

P4) L’experiment d’Oersted fet el 1820 (figura 1) consisteix en un fil conductor paraŀlel a la component horitzontal del camp magnètic terrestre per on passa un corrent elèctric i una agulla magnètica just a sobre o a sota del fil. Oersted observà que l’orientació de l’agulla canvi- ava si el fil connectat estava situat a sobre o a sota de l’agulla. Figura 1. Experiment d’Oersted. En la figura 2 no sabem si el fil conductor està situat per sobre o per sota de la brúixola. a) Representeu sobre l’agulla de la brúixola del dibuix b de la figura 2 els vectors del camp magnètic terrestre (BTerra) i del camp magnètic generat pel fil (Bfil). Argumenteu si la brúixola del dibuix b de la figura 2 està situada a sobre o a sota del fil conductor en Figura 2. a) Circuit obert. b) Circuit tancat. aquest cas. [1,25 punts] b) En aquest muntatge experimental, la separació entre la brúixola i el fil és de 10 cm. Observem que l’agulla de la brúixola forma un angle de 45° amb la direcció del cor- rent elèctric quan circulen 20 A pel fil conductor. Calculeu la component horitzontal del camp magnètic terrestre (BTerra). [1,25 punts] Dades: El mòdul del camp magnètic creat per un fil infinit per on circula un corrent I a una distància r del fil és . × 10–7 m A–1 μ 0 = 4π T .

0,5 p Dibuix. El camp magnètic terrestre està dirigit en la direcció del fil i sentit nord de la brúixola, com es dedueix del circuit obert. El camp magnètic generat per la intensitat de corrent que passa pel fil conductor està dirigit cap a la dreta ja que l’agulla gira cap aquest costat. 0,75 p L’agulla és a sobre del fil conductor, ja que segons la direcció del corrent elèctric i utilitzant la regla de la mà dreta (o equivalent) amb aquesta distribució es genera un camp magnètic apuntant cap a la dreta en punts per sobre el corrent elèctric. b) 0,5 p Veiem que les components del camp magnètic total corresponen al camp magnètic terrestre i al camp generat pel fil conductor. Si l’agulla forma un angle de 45o 𝐵𝑓𝑖𝑙 amb el corrent elèctric, els mòduls dels dos camps són iguals ja que 𝑡𝑔45o = 1 = 𝐵𝑇𝑒𝑟𝑟𝑎 i per tant deduïm que 𝐵𝑇𝑒𝑟𝑟𝑎= 𝐵𝑓𝑖𝑙. 0,5 p Calculem el camp generat per la intensitat de corrent: 2𝜋𝑟= 4𝜋· 10−7 · 20 𝐵𝑓𝑖𝑙= 𝜇0𝐼 = 4,0 · 10−5 T = 40μT 2𝜋· 0,1 0,25 p Per tant, la component ho […]