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Fuerza magnética entre dos hilos paralelos

De Laplace

1 Enunciado

Se tienen dos hilos paralelos, de longitud indefinida, separados una distancia a. Calcule la fuerza magnética sobre una porción de longitud h de uno de los hilos debida al otro cuando por ellos circulan corrientes I1 e I2.

2 Solución

Este problema es una extensión bastante simple del cálculo de la fuerza entre dos cargas en movimiento paralelo.

Suponemos el eje Z sobre uno de los hilos. Si por este hilo circula una corriente I1, el campo magnético que produce es

\vec{B}_1 = \frac{\mu_0I_1}{2\pi\rho}\vec{u}_\varphi

Si ahora consideramos que el segundo hilo está situado paralelamente al eje Z y sobre el punto x = a, y = 0, para todos los puntos el segundo hilo

\rho = \sqrt{x^2+y^2}=a

mientras que el vector \vec{u}_\varphi en todos los puntos del segundo hilo es

\vec{u}_\phi(x=a,y=0) = \vec{\jmath}

por lo que el campo magnético del primer hilo en los puntos del segundo se puede escribir

\vec{B}_1(x=a,y=0)= \frac{\mu_0I_1}{2\pi a}\vec{\jmath}

La fuerza sobre un tramo del segundo hilo la da la integral

\vec{F}_{1\to 2}=I_2\int_A^B \mathrm{d}\vec{r}_2\times\vec{B}_1(\vec{r}_2)

que en este caso, aplicando que

\vec{r}_2 = z\vec{k}\qquad\qquad\mathrm{d}\vec{r}_2=\mathrm{d}z\,\vec{k}\qquad \qquad z\in[0,h]

se reduce a

\vec{F}_{1\to 2}=I_2\int_0^h \mathrm{d}z\vec{k}\times\left(\frac{\mu_0I_1}{2\pi a}\vec{\jmath}\right) =-\frac{\mu_0I_1I_2}{2\pi a}\vec{\imath}

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