Electromagnetismo

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El Electromagnetismo es una rama de la Física que estudia y unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos. Ambos fenómenos se describen en una sola teoría, cuyos fundamentos fueron sentados por Faraday y formulados por primera vez de modo completo por James Clerk Maxwell. La formulación consiste en cuatro ecuaciones diferenciales vectoriales que relacionan el campo eléctrico, el campo magnético y sus respectivas fuentes materiales (corriente eléctrica, polarización eléctrica y polarización magnética), conocidas como las ecuaciones de Maxwell.

El electromagnetismo es una teoría de campos, es decir, las explicaciones y predicciones que provee se basan en magnitudes físicas vectoriales dependientes de la posición en el espacio y del tiempo. El Electromagnetismo describe los fenómenos físicos macroscópicos en los cuales intervienen cargas eléctricas en reposo y en movimiento, usando para ello campos eléctricos y magnéticos y sus efectos sobre las sustancias sólidas, líquidas y gaseosas. Por ser una teoría macroscópica, es decir, aplicable sólo a un número muy grande de partículas y a distancias grandes respecto de las dimensiones de éstas, el Electromagnetismo no describe los fenómenos atómicos y moleculares, para los que es necesario usar la Mecánica Cuántica.

[editar] Campos eléctricos y magnéticos

En electromagnetismo clásico se suele comenzar el estudio distinguiendo entre los conceptos de campo eléctrico y el campo magnético:

Un campo eléctrico es producido por la presencia de cargas eléctricas, las cuales crean una fuerza <math>\vec F</math>, según la ecuación

(left)

Donde <math>q</math> es la carga eléctrica medida en coulombs y <math>\vec E</math> es el campo eléctrico medido en newtons por culombios (N C^-1). Esta fuerza eléctrica es la responsable de la electricidad estática y dirige el flujo de carga eléctrica en un area determinada (corriente eléctrica).

El campo magnético también puede ser producido por el movimiento de cargas eléctricas, o corriente eléctrica, las cuales crean la fuerza magnética (la fuerza asociada con los imanes, por ejemplo). La fuerza asociada al campo magnético sobre una carga moviendose a cierta velocidad viene dada por:

(left)

El término electromagnetismo proviene del hecho de que no podemos estudiar los campos eléctricos y magnéticos por separado. Un campo magnético variable produce un campo eléctrico (como ocurre en el fenómeno de inducción electromagnética, el cual es la base para el funcionamiento de generadores eléctricos, motores de inducción eléctrica y transformadores). Similarmente, un campo eléctrico variable genera un campo magnético. Además de acuerdo con la teoría de la relatividad diferentes observadores percibirán diferentes intensidades eléctica y magnética según su velocidad relativa con las cargas que producen dichos campos.

Debido a la interdependencia mutua de los campos eléctricos y magnéticos la electrodinámica clásica considera que los dos campos son sólo manifestaciones de un único campo electromagnético. Esta unificación, la cual fue realizada por Maxwell y ampliada por Einstein, es uno de los triunfos para los físicos del siglo XIX. Estos estudios trajeron consecuencias sumamente importantes, siendo una de ellas la explicación de la naturaleza de la luz. Hoy sabemos que lo que percibimos como "luz visible" es realmente una propagación oscilatoria del campo electromagnético en forma de onda, es decir, una onda electromagnética. Diferentes frecuencias de oscilación dan a lugar a las diferentes formas de radiación electromagnética, desde las ondas de radio, de frecuencias bajas, la luz visible, de frecuencias intermedias, hasta los rayos gamma, de frecuencias más altas.

Las implicaciones teóricas del electromagnetismo llevaron a Albert Einstein a la publicación de la teoría de la relatividad especial, en 1905. A su vez la reformulación relativista del electromagnetismo clásico, llevo a la formulación de la electrodinámica clásica. Y más tarde con la consideración de los efectos cuánticos se formuló la electrodinámica cuántica.

[editar] Fallas del electromagnetismo clásico

En otra publicación de 1905, Einstein puso en juego los pilares del electromagnetismo clásico. Su teoría del efecto fotoeléctrico (por el cual ganó un premio Nobel de física en 1921) proponía que la luz podría existir en cantidades en forma de partículas discretas, que más tarde serían llamadas fotones. La teoría de Einstein del efecto fotoeléctrico extendió la forma de ver la solución de la catástrofe ultravioleta, presentada por Max Planck en 1900. En su trabajo, Planck mostró que los elementos calientes emiten radiación electromagnética en paquetes discretos, que conduce a una energía total finita emitida como radiación de cuerpo negro. Ambos resultados estaban en contraposición directa con el punto de vista clásico de la luz como una onda contínua. Las teorías de Planck y Einstein fueron las que dieron origen a la mecánica cuántica, la cual, al ser formulada en 1925, requirió la invención de una teoría cuántica del electromagnetismo. A esta teoría, completada en la década de los 1940s, se le conoce como electrodinámica cuántica (o de sus siglas del inglés, "QED") y es una las teorías más exactas que la física conoce.

[editar] Conceptos relacionados

El término "electrodinámica" se usa a menudo para referirse a la combinación entre el electromagnetismo y la mecánica, y trata los efectos del campo electromagnético en el comportamiento dinámico de partículas cargadas eléctricamente.