Electromagnetismo o Interacción Electromagnética
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Electromagnetismo
El electromanetismo es la interacción entre todos los objetos cargados eléctricamente, los objetos con momentos magnéticos y el campo electromagnético. La interacción electromagnética es una de las cuatro interacciones fundamentales del universo. Esta interacción abarca todos los fenómenos físicos relacionados con la electricidad, el magnetismo, los campos electromagnéticos, la luz y los átomos. Como tal, el electromagnetismo constituye la base fundamental de una gran variedad de ciencias, como la física del estado sólido, la óptica, la química y la biología molecular. Todos los efectos electromagnéticos surgen de la interacción de partículas cargadas eléctricamente, partículas con un momento magnético intrínseco y el campo electromagnético. Véase también: Biología molecular; Electricidad; Campo eléctrico; Interacciones fundamentales; Luz; Magnetismo; Carga eléctrica; Fotón; Física del estado sólido; Modelo estándar.
Elementos electromagnéticos fundamentales
Carga eléctrica
La carga eléctrica es una propiedad innata de todas las partículas fundamentales cargadas y puede ser positiva o negativa. Las partículas cargadas más comunes en el universo son los electrones con carga negativa y los protones con carga positiva. Un objeto cargado, como un globo cargado estáticamente, tiene un exceso o falta de electrones. Cuando las partículas cargadas se mueven, se conocen como corrientes eléctricas. Un ejemplo de corriente eléctrica es el flujo de electrones a lo largo de un cable eléctrico. Véase también: Corriente eléctrica; Electrón; Partícula elemental; Protón; Universo
Momento magnético intrínseco
A diferencia de la carga eléctrica, no hay pruebas de que la carga magnética exista. Sin embargo, algunas partículas fundamentales tienen una propiedad magnética innata conocida como momento magnético intrínseco. Una partícula con momento magnético, como un electrón, puede considerarse a grandes rasgos como una barra magnética muy pequeña. Un imán permanente es un conjunto de partículas con momentos magnéticos alineados. Véase también: Imán; Monopolos magnéticos; Magnetismo; Magnetón; Momento
Campo electromagnético
El campo electromagnético es un campo físico creado por partículas cargadas y partículas con momento magnético. El campo en sí no lleva carga eléctrica ni momento magnético, pero sí lleva energía y momento. El campo puede transferir su energía y su momento a las partículas cargadas y a las partículas con momento magnético.Entre las Líneas En ocasiones, este campo también puede crear o destruir partículas. El campo electromagnético contiene dos componentes: un campo eléctrico y un campo magnético. Ambos son componentes inseparables de un campo unificado. Véase también: Energía
El campo electromagnético puede adoptar cinco formas generales:
- Los campos electrostáticos están formados por un campo eléctrico estático y un campo magnético despreciable. Un ejemplo es el campo que rodea a un globo cargado estáticamente.
- Los campos magnetostáticos están formados por un campo magnético estático y un campo eléctrico despreciable. Un ejemplo es el campo que rodea a un imán estacionario.
- Los campos electroquestáticos están formados por un campo eléctrico que cambia lentamente y un campo magnético que cambia lentamente, dominando el campo eléctrico. Un ejemplo es el campo dentro de un circuito eléctrico simple. Véase también: Circuito (electricidad); Circuito (electrónica).
- Los campos magnetoasistáticos están formados por un campo eléctrico que cambia lentamente y un campo magnético que cambia lentamente, en el que predomina el campo magnético. Un ejemplo es el campo dentro de un generador electromecánico.
- Las ondas electromagnéticas están formadas por campos eléctricos y magnéticos que cambian rápidamente y se desplazan en forma de ondas.
Las ondas electromagnéticas se emiten cada vez que se acelera un objeto cargado eléctricamente o un imán. Estas ondas se denominan generalmente luz. Todas las frecuencias de la luz consisten en ondas electromagnéticas, desde las ondas de radio en el extremo de baja frecuencia (longitudes de onda largas) del espectro electromagnético hasta los rayos gamma en el extremo de alta frecuencia (longitudes de onda cortas).
Leyes físicas del electromagnetismo
Comportamiento del campo electromagnético
La forma en que se crean y comportan los campos electromagnéticos se resume en cuatro leyes conocidas colectivamente como ecuaciones de Maxwell:
- Una partícula cargada eléctricamente crea un campo eléctrico. Este es el principio de funcionamiento de los circuitos eléctricos simples, los condensadores y las bujías. Este principio se conoce como la ley de Gauss.
- Las partículas cargadas magnéticamente no existen y, por tanto, no existen ciertos tipos de campos magnéticos. Este principio se conoce como la ley de Gauss para el magnetismo.
- Un campo magnético cambiante crea un campo eléctrico. Esta ley es el principio de funcionamiento de los generadores eléctricos, los micrófonos y los transformadores. Este principio se conoce como la ley de Faraday de la inducción.
- Una carga eléctrica en movimiento o que gira crea un campo magnético. Este es el principio de funcionamiento de los electroimanes y los imanes permanentes. Este principio se conoce como ley de Ampère. Además, un campo eléctrico cambiante crea un campo magnético. Cuando ambos principios se combinan, se conoce como ley de Ampère-Maxwell.
Como descripción de los campos, las ecuaciones de Maxwell son completas y autoconsistentes. Además, las ecuaciones de Maxwell contienen implícitamente otras leyes físicas, como la conservación de la carga, la conservación de la energía, la conservación del momento, la conservación del momento angular y la ecuación de la onda electromagnética. Además, la ecuación de la onda electromagnética contiene implícitamente las leyes básicas de la óptica. Estas leyes son los principios de funcionamiento de dispositivos ópticos como lentes, espejos y prismas. Véase también: Ley de Ampère; Leyes de conservación (física); Conservación de la energía; Conservación del momento; Ley de inducción de Faraday; Lente (óptica); Ecuaciones de Maxwell; Óptica de espejos
La fuerza electromagnética
Mientras que las ecuaciones de Maxwell describen cómo se generan y comportan los campos electromagnéticos, la ley de la fuerza de Lorentz describe cómo interactúan los campos con las partículas cargadas. Esta ley establece que un campo eléctrico ejerce una fuerza hacia delante o hacia atrás sobre una partícula cargada y un campo magnético ejerce una fuerza lateral sobre una partícula cargada en movimiento. Los objetos cargados, las corrientes eléctricas y los imanes ejercen fuerzas entre sí a través del campo electromagnético según las ecuaciones de Maxwell y la ley de la fuerza de Lorentz. Este es el principio de funcionamiento de los enlaces químicos, los altavoces y los motores eléctricos. Véase también: Enlace químico; Ley de Coulomb
Propiedades cuánticas
La carga eléctrica, el momento magnético y el campo electromagnético se presentan como un conjunto de paquetes cuánticos discretos e indivisibles. El cuanto del campo electromagnético es el fotón. El cuanto de la carga eléctrica es la carga de una partícula fundamental, como el electrón o el positrón. El cuanto de momento magnético intrínseco es el momento que lleva una partícula fundamental cargada con espín cuántico, como un electrón o un positrón. La descripción más precisa del electromagnetismo es la versión cuántica de todas las leyes físicas mencionadas anteriormente, que se conocen colectivamente como electrodinámica cuántica (QED). La QED unifica las leyes cuánticas del electromagnetismo y la teoría especial de la relatividad. Véase también: Fotón; Electrodinámica cuántica; Teoría cuántica de campos; Mecánica cuántica; Relatividad; Espín (mecánica cuántica)
Efectos materiales
En general, las partículas cargadas pueden estar libres o unidas dentro de las moléculas. Los materiales que actúan fuertemente como colecciones de partículas cargadas libres se conocen como conductores. Entre los conductores importantes se encuentran los metales, los semiconductores dopados, el agua y el plasma. Los materiales que actúan fuertemente como conjuntos de partículas cargadas ligadas se conocen como aislantes o dieléctricos. Entre los aislantes importantes se encuentran el plástico, el vidrio, el aceite y el aire. Véase también: Aire; Conductor (electricidad); Vidrio; Plasma (física); Polímero; Semiconductor
Del mismo modo, las corrientes eléctricas pueden ser libres o estar ligadas al interior de las moléculas. Asimismo, los momentos magnéticos intrínsecos pueden modelarse como corrientes ligadas porque surgen del espín cuántico de las partículas cargadas. Los materiales que actúan fuertemente como colecciones de corrientes libres se conocen como conductores, como se ha dicho anteriormente. Los materiales que actúan fuertemente como colecciones de corrientes ligadas se conocen como materiales (ferro)magnéticos. La mayoría de los materiales magnéticos son también conductores. Entre los materiales magnéticos más importantes se encuentran el hierro, el acero y el níquel. Véase también: Ferromagnetismo; Hierro; Molécula; Níquel; Acero
Historia y aplicaciones
Como campo de estudio amplio, el electromagnetismo ha sido desarrollado por una gran variedad de contribuyentes. Los antiguos griegos realizaron estudios básicos sobre la electrostática y la magnetostática utilizando ámbar y lodestones.Entre las Líneas En el siglo XVIII y principios del XIX, científicos como Benjamin Franklin, Charles Augustin de Coulomb, Jean-Baptiste Biot y Félix Savart determinaron la naturaleza de la carga eléctrica, las corrientes eléctricas, los campos electrostáticos y los campos magnetostáticos. Entre los años 1820 y 1850, Michael Faraday descubrió la ley de la inducción, el campo electromagnético y otros principios. También inventó el motor eléctrico y el generador eléctrico, abriendo así la puerta a la aplicación generalizada del electromagnetismo. Véase también: Generador; Motor
En 1861, James Clerk Maxwell organizó las leyes del electromagnetismo en un conjunto completo. Al hacerlo, predijo teóricamente la existencia de las ondas electromagnéticas.Entre las Líneas En la década de 1880, Heinrich Hertz realizó experimentos con ondas de radio que confirmaron la predicción de Maxwell. Los hallazgos de Hertz condujeron a la unificación teórica del electromagnetismo y la óptica. A finales del siglo XIX, ingenieros como Thomas Edison y Nikola Tesla transformaron la sociedad con una avalancha de inventos electromagnéticos. Sus equipos instalaron centrales eléctricas y redes eléctricas en las grandes ciudades a un ritmo frenético.Entre las Líneas En los albores del siglo XX, los aparatos y dispositivos eléctricos empezaban a impregnar todas las facetas de la sociedad moderna. Véase también: Ordenador; Generación de energía eléctrica; Electrónica
A lo largo del siglo XX, varios científicos como Albert Einstein, Werner Heisenberg y Paul Dirac establecieron la naturaleza cuántica del electromagnetismo.Entre las Líneas En la actualidad, la teoría más precisa del electromagnetismo es la electrodinámica cuántica (QED), que forma parte del modelo estándar de la física de partículas.Entre las Líneas En la segunda mitad del siglo XX, la comprensión detallada de la naturaleza cuántica del electromagnetismo condujo a los dispositivos semiconductores y al nacimiento de la Era Digital. Entre los problemas no resueltos del electromagnetismo figuran la existencia de la carga magnética y la unificación teórica del electromagnetismo con la interacción nuclear fuerte, así como con la gravedad. El electromagnetismo y la fuerza nuclear débil se unificaron en la llamada interacción electrodébil en la década de 1970. Véase también: Interacción electrodébil; Teorías de gran unificación; Gravedad; Electrodinámica cuántica; Interacciones nucleares fuertes; Interacciones nucleares débiles
Basado en la experiencia de varios autores, mis opiniones, perspectivas y recomendaciones se expresarán a continuación (o en otros lugares de esta plataforma, respecto a las características en 2026 o antes, y el futuro de esta cuestión):
Datos verificados por: Andrews
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Electromagnetismo y Magnetismo
Nota: Consulte también magnetismo.
El magnetismo es sólo un componente del electromagnetismo. El magnetismo sólo puede tratarse como independiente cuando sus efectos eléctricos asociados son despreciables o están desacoplados.Entre las Líneas En 1855, el físico escocés James Clerk Maxwell organizó sistemáticamente todas las leyes de la electricidad y el magnetismo en un conjunto completo. Maxwell descubrió que cuando el campo magnético varía rápidamente en el tiempo, se crean ondas electromagnéticas y hay que utilizar las leyes completas del electromagnetismo. Actualmente, la teoría más precisa del electromagnetismo es la versión cuántica de las ecuaciones de Maxwell, conocida como electrodinámica cuántica (QED). Un área de investigación en curso sobre el magnetismo es la determinación del origen del campo magnético a gran escala de nuestra galaxia.
Datos verificados por: Thompson
Campos
El electromagnetismo abarca la electricidad, incluyendo los siguientes fenómenos eléctricos y magnéticos:
- Electrostática: sistemas de cargas eléctricas en equilibrio;
- Magnetostática: fenómeno creado por una corriente eléctrica estacionaria;
- Inducción magnética: fenómeno magnético creado por una corriente eléctrica variable;
- Electrodinámica: las interacciones dinámicas entre las corrientes eléctricas;
- Electrodinámica cuántica: rama de la física cuántica relativista que concilia el electromagnetismo y la mecánica cuántica;
- Electrónica: uso de fenómenos cuánticos para controlar corrientes y tensiones;
- Electrocinética o electrotecnia: utilización de tensiones y corrientes medias y altas para aplicaciones domésticas e industriales (calefacción, transformadores, motores eléctricos, electrólisis, electrodomésticos, distribución, automatización, etc.);
- Radioelectricidad: transmisiones por ondas electromagnéticas;
- Prospección de materiales minerales y energéticos: electrografía del fondo marino.
Datos verificados por: Henry Fr
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Traducción al inglés de Electromagnetismo: Electromagnetism
Véase También
Electromagnetismo, Carga eléctrica; Corriente eléctrica; Electromagnetismo; Interacciones fundamentales; Imán
Electricidad; Ecuaciones de Maxwell; Galaxia de la Vía Láctea; Electrodinámica cuántica; Mecánica cuántica.
Ionosfera; Fusión nuclear; Trampa de partículas
Onda electromagnética; Transmisión de ondas electromagnéticas
Ley de Ampère; Ley de Biot-Savart
Conductor (electricidad); Electroimán; Generador; Inductor; Transformador
Diamagnetismo; Ferromagnetismo; Paramagnetismo
Altavoz; Motor
Fuerza de Abraham-Lorentz
Interacciones fundamentales
Electricidad
Magnetismo
Historia de la electricidad
Electrodinámica de los medios continuos
Fuerza de Lorentz
La electricidad y su historia
Magnetismo
Ecuaciones de Maxwell
Inducción electromagnética
Ondas de radio
Radiación electromagnética
Cámara anecoica
Superfuerza
Teoría del absorbedor de Wheeler-Feynman
Estudios aeromagnéticos
Electromagnetismo computacional
Experimento de la doble rendija
Electroimán
Inducción electromagnética
Ecuación de la onda electromagnética
Dispersión electromagnética
Electromecánica
Geofísica
Introducción al electromagnetismo
Magnetostática
Campo magneto-estático
Óptica
Electromagnetismo relativista
Teoría del absorbente de Wheeler-Feynman
Bibliografía
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Como ejemplo, cabe observar las cintas verdes de luz en el cielo nocturno sobre un paisaje helado con agua en primer plano. Así, las auroras en la atmósfera terrestre, que se ven aquí en Islandia y que se conocen más comúnmente como auroras boreales y australes, muestran numerosos aspectos del electromagnetismo. Las auroras son causadas por partículas cargadas eléctricamente procedentes del Sol que viajan a lo largo de las líneas del campo magnético hacia los polos de la Tierra. Las partículas chocan con las moléculas del aire, ionizándolas y dando lugar a la emisión de luz. Los colores de las auroras indican las diferentes longitudes de onda emitidas, que a su vez están determinadas por los tipos de moléculas que fueron ionizadas.
El electromagnetismo clásico es la teoría “habitual” del electromagnetismo, desarrollada a partir de los trabajos de Maxwell y Faraday. Es una teoría clásica porque se basa en campos continuos, a diferencia de la teoría cuántica. Sin embargo, no es una teoría no relativista: aunque se propuso antes que la teoría de la relatividad especial, las ecuaciones de Maxwell, que son la base de la teoría clásica, son invariantes por las transformaciones de Lorentz.
El concepto fundamental de la teoría es la noción de campo electromagnético, una entidad que incluye el campo eléctrico y el campo magnético, que se reduce en ciertos casos particulares:
Las cargas son inmóviles: estamos entonces en la electrostática, con campos eléctricos estáticos.
La densidad de carga es nula y las corrientes son constantes en el tiempo: se trata de magnetostática, con un campo magnético estático.
Cuando las corrientes son relativamente débiles, variables y se mueven en conductores aislados -hilos eléctricos-, los campos magnéticos producidos son muy localizados, en elementos conocidos como bobinas de autoinducción, choques, transformadores o generadores, con densidades de carga eléctrica no nulas en condensadores o baterías generadoras de corriente: es la electrocinética. No hay ningún campo fuera del circuito (o “un poco” de forma residual, según el diseño). Se estudian los circuitos eléctricos y se distingue entre bajas y altas frecuencias. La electrónica ha progresado enormemente desde el desarrollo de los semiconductores, que ahora se utilizan para fabricar circuitos integrados cada vez más miniaturizados y que incluyen chips electrónicos o microprocesadores.
Las altas frecuencias alcanzadas por los circuitos eléctricos resonantes han permitido, con la ayuda de antenas, crear ondas electromagnéticas, eliminando así los cables de conexión. La emisión, propagación y recepción de estas ondas, que se rigen por las ecuaciones de Maxwell, constituyen el electromagnetismo.
La interacción electromagnética, presentada en los términos básicos de la física teórica, se denomina electrodinámica; si tenemos en cuenta el aspecto cuántico, es electrodinámica cuántica relativista.
Este formalismo es similar al de la mecánica cuántica: la resolución de la ecuación de Schrödinger, o de su versión relativista (la ecuación de Dirac), da la probabilidad de la presencia del electrón, y la solución de la ecuación de Maxwell, interpretada durante mucho tiempo como una onda, es básicamente una ecuación de probabilidad para el fotón, que no tiene carga ni masa, y que se mueve sólo a la velocidad de la luz en el vacío.
Durante mucho tiempo, los fenómenos eléctricos y magnéticos se consideraron independientes1. En 1600, en su obra De Magnete, William Gilbert hizo explícita la distinción entre cuerpos eléctricos (él introdujo este término) y magnéticos. Comparó la Tierra con un imán, observó la repulsión y la atracción de los imanes por sus polos y la influencia del calor en el magnetismo del hierro. También dio las primeras nociones de electricidad, incluyendo una lista de cuerpos que podían ser electrizados por fricción.
Los griegos sólo habían observado que los trozos de ámbar frotados podían atraer cuerpos ligeros, como virutas o polvo, y además que existía un mineral, la “piedra imán” o magnetitaN 2 , que podía atraer el hierro y los metales ferrosos.
El descubrimiento en el siglo XIX por parte de Ørsted, Ampère y Faraday de la existencia de efectos magnéticos de la electricidad condujo gradualmente a la idea de que las fuerzas “eléctricas” y “magnéticas” podían de hecho unificarse, y en 1860 Maxwell propuso una teoría general del electromagnetismo clásico, que sentó las bases de la teoría moderna.
La perturbación de las brújulas por las descargas de los rayos era un fenómeno bien conocido en el siglo XVIII. Esto creó un vínculo entre la electricidad y el magnetismo, pero era difícil de interpretar e imposible de reproducir. Además, las leyes de la electricidad y el magnetismo de Charles Coulomb distinguían claramente entre la electricidad, por un lado, y el magnetismo, por otro, aunque estas leyes se presentaban en la misma forma matemática.
En 1820, el danés Hans Christian Ørsted hizo una observación extraordinaria: un cable recto que transportaba una corriente continua desviaba la aguja de una brújula cercana.
En 1820, André-Marie Ampère demostró la interacción entre las corrientes eléctricas y equiparó cualquier imán, incluido el globo terráqueo, con un conjunto de corrientes2.
En 1831, Michael Faraday estudió el comportamiento de una corriente en un campo magnético y descubrió que podía producir trabajo. Ørsted había descubierto que una corriente eléctrica produce un campo magnético, Faraday descubrió que un campo magnético genera una corriente eléctrica. Descubrió así el principio del motor eléctrico y, por tanto, la conversión del trabajo mecánico en energía eléctrica, inventando así el generador de corriente. En un artículo de 1852 (“Sobre el carácter físico de las líneas de fuerza magnética”), Faraday reveló la existencia del campo magnético describiendo las “líneas de fuerza” a lo largo de las cuales se mueven las limaduras de hierro en las proximidades del imán.
En 1864, James Maxwell unificó las teorías anteriores, como la electrostática, la electrocinética y la magnetostática. Esta teoría unificada explica, entre otras cosas, el comportamiento de las cargas y corrientes eléctricas, de los imanes o de las ondas electromagnéticas como la luz o las ondas de radio, que aparecen de hecho como la propagación de perturbaciones electromagnéticas. Ha nacido el electromagnetismo.
¿Cuál es el otro nombre de la interacción electromagnética?
La interacción electromagnética o electromagnetismo es la ciencia de la carga y de las fuerzas y campos asociados a la carga. La electricidad y el magnetismo son dos aspectos del electromagnetismo. Durante mucho tiempo se pensó que la electricidad y el magnetismo eran fuerzas separadas.
¿Cuáles son las leyes de fuerza y conservación del electromagnetismo?
En la interacción electromagnética, las leyes de fuerza y conservación son sólo dos aspectos del electromagnetismo. Las fuerzas eléctricas y magnéticas son causadas por los campos electromagnéticos. El término campo denota una propiedad del espacio, de modo que la cantidad de campo tiene un valor numérico en cada punto del espacio.
¿Cuáles son las implicaciones teóricas del electromagnetismo?
Las implicaciones teóricas del electromagnetismo, en particular el establecimiento de la velocidad de la luz basada en las propiedades del “medio” de propagación (permeabilidad y permitividad), condujeron al desarrollo de la relatividad especial por Albert Einstein en 1905.