Electromagnetismo

 👉Electromagnetismo👈                       

HISTORIA DEL ELECTROMAGNETISMO



  • 600 a. C. El griego Tales de Mileto observó que al frotar un trozo de ámbar, éste se cargaba y era capaz de atraer trozos de paja o plumas.
  • 1820. El danés Hans Christian Oersted realizó un experimento que por primera vez unió los fenómenos de la electricidad y del magnetismo. Consistió en acercar una aguja imantada a un conductor por el que circulaba una corriente eléctrica. La aguja se movió de modo que evidenció la presencia de un campo magnético en el conductor.
  • 1826. El francés André-Marie Ampère desarrolló la teoría que explica la interacción entre la electricidad y el magnetismo, denominada “electrodinámica”. Además, fue el primero en denominar a la corriente eléctrica como tal y en medir la intensidad de su flujo.
  • 1831. El físico y químico británico, Michael faraday, descubrió las leyes de la electrólisis y la inducción electromagnética.
  • 1865. El escocés James Clerk Maxwell dio a conocer los fundamentos del electromagnetismo al formular las cuatro “ecuaciones de Maxwell” que describen los fenómenos electromagnéticos.

¿Qué es el electromagnetismo?

El electromagnetismo es la rama de la física que estudia las relaciones entre los fenómenos eléctricos y magnéticos, es decir, las interacciones entre las partículas cargadas y los campos eléctricos y magnéticos.




En 1821 los fundamentos del electromagnetismo fueron dados a conocer con el trabajo científico del británico Michael Faraday, lo que dio origen a esta disciplina. En 1865 el escocés James Clerk Maxwell formuló las cuatro “ecuaciones de Maxwell” que describen por completo los fenómenos electromagnéticos.

Aplicaciones del electromagnetismo

Los fenómenos electromagnéticos tienen aplicaciones muy importantes en disciplinas como la ingeniería, la electrónica, la salud, la aeronáutica o la construcción civil, entre otros. Se presentan en la vida diaria, casi sin darnos cuenta, en las brújulas, los parlantes, los timbres, las tarjetas magnéticas, los discos rígidos.

Las principales aplicaciones del electromagnetismo se emplean en:


  • Los rayos gamma y los rayos X.
  • Las ondas electromagnéticas.
  • La radiación infrarroja, visible y ultravioleta.
  • Las radioondas y microondas





Leyes del electromagnetismo 

A modo de introducción y resumen, vamos a enunciar las leyes que gobiernan la interacción electromagnética clásica. Estas leyes fueron formuladas por Maxwell en 1861-1862 y en combinación con la ley de Lorentz para la fuerza sobre una carga eléctrica permiten describir todos los fenómenos electromagnéticos, por diferentes que sean.

Ley de Lorentz

La expresión que da la fuerza sobre una carga puntual q que se mueve en un campo electromagnético lo da la Ley de Lorentz:

siendo  la posición instantánea que la carga y  su velocidad. Vemos que los campos eléctrico y magnético actúan de diferente manera sobre una carga, requiriendo la fuerza magnética que la carga esté en movimiento.

De la expresión de la ley de Lorentz, obtenemos las unidades de medida de los dos campos:

  • El campo eléctrico se mide en N/C (aunque es más frecuente medirlo en V/m, que es la misma unidad)
  • El campo magnético se mide en N/(C·m/s) = N/(A·m). A esta unidad se la denomina tesla (T)
  • El movimiento de una carga en un campo eléctrico uniforme, sin campo magnético
Este problema es equivalente al de una partícula sometida a la acción del peso, y el resultado es un movimiento parabólico.
  • El caso de una carga puntual en el campo eléctrico de otra carga puntual en reposo
En este caso el campo magnético es nulo y el problema es equivalente al del movimiento planetario. El resultado es que la carga describe una cónica (circunferencia, elipse, parábola o hipérbola).
  • El caso de una carga en un campo magnético uniforme, sin campo eléctrico
Tal como se ve en un problema el resultado es un movimiento helicoidal (que puede ser rectilíneo o circular en casos particulares).

Ecuaciones de Maxwell

La ley de Lorentz nos da la fuerza sobre una carga conocidos los campos eléctrico y magnético. Las ecuaciones de Maxwell nos describen cómo son estos campos en función de las cargas que los producen y cómo se relacionan entre sí. Las ecuaciones de Maxwell son cuatro, cada una con un nombre propio.


Ley de Gauss

El flujo del campo eléctrico a través de una superficie cerrada es igual a la carga encerrada por la superficie, dividida por una constante universal, denominada permitividad del vacío

\oint \vec{E}\cdot\mathrm{d}\vec{S}=\frac{Q_\mathrm{int}}{\varepsilon_0}

Ley de Faraday

La circulación del campo eléctrico a lo largo de una curva cerrada es igual a la derivada temporal, cambiada de signo, del flujo magnético a través de una superficie apoyada en dicha curva y orientada según la regla de la mano derecha

\oint \vec{E}\cdot\mathrm{d}\vec{r}=-\frac{\mathrm{d}\ }{\mathrm{d}t}\int_S\vec{B}\cdot\mathrm{d}\vec{S}

Ley de Gauss para el campo magnético

El flujo del campo magnético a través de toda superficie cerrada es nulo

\oint \vec{B}\cdot\mathrm{d}\vec{S}=0

Ley de Ampère-Maxwell

La circulación del campo magnético a lo largo de una curva cerrada es proporcional a la suma de dos términos: uno igual a la corriente eléctrica que atraviesa una superficie apoyada en una curva y otro proporcional a la derivada temporal del flujo eléctrico

\oint \vec{B}\cdot\mathrm{d}\vec{r} = \mu_0\left( I + \varepsilon_0\frac{\mathrm{d}\ }{\mathrm{d}t}\int \vec{E}\cdot\mathrm{d}\vec{S}\right)



División del electromagnetismo



Electrostática

Consiste en el estudio de los campos y fuerzas producidos por cargas en reposo, en ausencia de campos magnéticos. A su vez, la electrostática se divide en dos partes principales:


  • Electrostática en el vacío: describe los campos y fuerzas de cargas consideradas como entes que flotan en el vacío. Puesto que la materia es un 99% vacío, es útil como punto de partida.

  • Electrostática en medios materiales: Apoyándose en lo anterior, estudia los campos y fuerzas cuando en el sistema existen materiales conductores y dieléctricos. Aunque en un medio conductor las cargas pueden moverse, se consideran solo los casos en que están en reposo (equilibrio electrostático).

Corriente eléctrica

Estudia el efecto del movimiento de cargas por el interior de los materiales. A su vez, se divide en dos casos:


  • Corriente continua o estacionaria: es aquella que no depende del tiempo. Es un caso no electrostático (pues las cargas se mueven), pero que produce campos independientes del tiempo.


Magnetostática

Estudia los campos magnéticos independientes del tiempo, que son producidos por corrientes continuas o por dipolos magnéticos (imanes). Como la electrostática, se divide en su estudio en el vacío y en medios materiales.


Electromagnetismo

Considera el caso general de campos eléctricos y magnéticos variables en el tiempo. En este caso, no se pueden considerar por separado, ya que los campos eléctricos inducen campos magnéticos y viceversa.


Óptica

Uno de los descubrimientos de Maxwell al establecer sus ecuaciones fue el incluir la luz como una forma de radiación electromagnética. Por ello, todas las leyes de la óptica pueden deducirse también de la teoría electromagnética, aunque suelen estudiarse por separado.


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