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Campo de un cable bimetalico

De Laplace

Revisión a fecha de 13:02 9 jun 2011; Antonio (Discusión | contribuciones)
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1 Enunciado

Entre los distintos tipos de cable empleados en la industria, se encuentra el de aluminio revestido de cobre. Está formado por un núcleo de aluminio de radio a (suponga a = 2mm), rodeado por una capa de cobre, de radio exterior b (sea b= 3\,\mathrm{mm}).

Halle el campo magnético producido por el cable, tanto en su interior como su exterior, cuando por él circula una corriente I=100\,\mathrm{A}. ¿Cuál es el valor máximo del campo magnético? ¿Dónde se alcanza?

Image:cableconnucleo.gif

2 Densidad de corriente

La corriente I se distribuye por todo el cable, pero no uniformemente, debido a la diferente conductividad de los dos materiales.

Al ser la interfaz paralela a las líneas de corriente y de campo, la continuidad en la componente tangencial de \mathbf{E} implica que el campo eléctrico tiene el mismo valor en el aluminio y en el cobre.

\mathbf{E}_1=\mathbf{E}_2=E\mathbf{u}_{z}

La densidad de corriente, en cambio, será mayor en el de mayor conductividad, el cobre

\mathbf{J}_1=\sigma_1E\mathbf{u}_{z}\qquad \mathbf{J}_2=\sigma_2E\mathbf{u}_{z}

El valor de E lo obtenemos de la corriente total, que es suma de la que circula por el cobre y por el aluminio

I = \int\mathbf{J}{\cdot}d\mathbf{S} = (\sigma_1 E)\pi a^2 + (\sigma_2 E)\pi(b^2-a^2)
\quad\Rightarrow\quad E=\frac{I}{\pi(\sigma_1 a^2+\sigma_2(b^2-a^2))}

y de aquí obtenemos la densidad de corriente que fluye por cada material

J_1=\frac{\sigma_1 I}{\pi(\sigma_1 a^2+\sigma_2(b^2-a^2))}\qquad
J_2=\frac{\sigma_2 I}{\pi(\sigma_1 a^2+\sigma_2(b^2-a^2))}

Los valores numéricos de estas tres cantidades son

E=7.1\,\frac{\mathrm{V}}{\mathrm{m}}\qquad J_1=
2.7\,\frac{\mathrm{MA}}{\mathrm{m}^2}\qquad J_1=
4.2\,\frac{\mathrm{MA}}{\mathrm{m}^2}

Resulta que por el núcleo de cobre circula el 34% de la corriente mientras que por el recubrimiento de cobre va el 66% restante.

3 Campo magnético

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