Campo Electromagnético

Este elemento es una ampliación de los cursos y guías de Lawi. Ofrece hechos, comentarios y análisis sobre este tema. [aioseo_breadcrumbs]

Espectro Electromagnético

El espectro electromagnético es un rango continuo de frecuencias o longitudes de onda (cada una determina a la otra) de radiación electromagnética. El espectro va desde las ondas de radio de baja frecuencia y larga longitud de onda hasta los rayos gamma de alta frecuencia y corta longitud de onda. El espectro electromagnético se divide tradicionalmente en ondas de radio, microondas, radiación infrarroja, luz visible, rayos ultravioleta, rayos X y rayos gamma. Las divisiones entre estos tipos de rayos son inventadas, no físicas.

El desarrollo por parte del físico escocés James Clerk Maxwell (1831-1879) de un conjunto de ecuaciones que describían con precisión los fenómenos electromagnéticos permitió la unificación matemática y teórica de los fenómenos eléctricos y magnéticos. Cuando la velocidad de la luz calculada por Maxwell encajó bien con las determinaciones experimentales de la velocidad de la luz, Maxwell y otros físicos se dieron cuenta de que la luz visible debía formar parte de un espectro electromagnético más amplio que contenía formas de radiación electromagnética que variaban de la luz visible sólo en términos de longitud de onda y frecuencia de onda. La frecuencia se define como el número de ciclos de onda que pasan por un punto determinado por unidad de tiempo, y se mide comúnmente en Hertz (ciclos por segundo). La longitud de onda define la distancia entre los puntos adyacentes de la onda electromagnética que están en fase igual (por ejemplo, las crestas de onda).

La exploración del espectro electromagnético rápidamente dio lugar a avances prácticos. El físico alemán Henrich Rudolph Hertz consideró las ecuaciones de Maxwell como un camino hacia un “reino” o “gran dominio” de las ondas electromagnéticas. Basándose en esta idea, en 1888, Hertz demostró la existencia de las ondas de radio. Una década más tarde, el descubrimiento de Wilhelm Roö entgen de la radiación electromagnética de alta energía en forma de rayos X encontró rápidamente un uso médico práctico.

A principios del siglo XX, el físico alemán Maxwell Planck propuso que los átomos absorben o emiten radiación electromagnética sólo en ciertos paquetes llamados quanta.Entre las Líneas En su trabajo sobre el efecto fotoeléctrico, el físico americano nacido en Alemania Albert Einstein utilizó el término fotón para describir estos cuantos electromagnéticos. Planck determinó que la energía de la luz era proporcional a su frecuencia (es decir, a medida que la frecuencia de la luz aumenta, también lo hace la energía de la luz). La constante de Planck, h = 6,626 × 10-34 juliosegundo en el sistema metro-kilogramo-segundo (4,136 × 10-15 eV-segundo), relaciona la energía de un fotón con la frecuencia de la onda electromagnética y permite un cálculo preciso de la energía de la radiación electromagnética en todas las porciones del espectro electromagnético.

Datos verificados por: Marck

James Clerk Maxwell (1831–1879)

James Clerk Maxwell, el físico británico, provenía de una conocida familia escocesa, los Clerks; su padre adoptó el nombre de Maxwell al heredar una finca que originalmente pertenecía a esa familia. Maxwell se educó en la Universidad de Edimburgo y en la Universidad de Cambridge, convirtiéndose en miembro del Trinity College en 1855.Entre las Líneas En 1856 ganó el Premio Adams de Cambridge por un ensayo en el que demostraba que los anillos de Saturno serían inestables si eran continuamente sólidos o fluidos y que debían estar compuestos de partes discretas y separadas. Maxwell fue profesor de filosofía natural en el Marischal College de Aberdeen de 1856 a 1860 y profesor de filosofía natural y astronomía en el King’s College de Londres de 1860 a 1865. Su primer trabajo sobre electromagnetismo apareció en 1856; su teoría del campo electromagnético con la derivación de la velocidad de la luz se publicó por primera vez en 1861-1862 y en forma más rigurosa en 1865; y comenzó a trabajar en la teoría cinética de los gases en 1860. De 1865 a 1871 Maxwell permaneció en su finca en Escocia, donde trabajó en su Tratado sobre la electricidad y el magnetismo, que resumía el tema y sus contribuciones al mismo.Entre las Líneas En 1871 se convirtió en el primer ocupante de la cátedra Cavendish de física experimental en Cambridge, supervisó la construcción del Laboratorio Cavendish y más tarde dirigió las primeras investigaciones realizadas allí. Durante este período editó los trabajos de Henry Cavendish. Durante su vida, Maxwell también investigó sobre la visión del color, la mecánica y otros temas, y aunque su fama se basa en sus logros teóricos, su trabajo experimental fue notable.

EL CAMPO ELECTROMAGNÉTICO
La mayor contribución de Maxwell a la física fundamental fue su concepto del campo electromagnético, un concepto que sufrió muchas modificaciones tanto en el curso de sus propias investigaciones como en las manos de sus sucesores.Entre las Líneas En términos modernos, un campo, como el campo eléctrico, es una condición en el espacio que rodea a los cuerpos cargados que determina la fuerza que una unidad de carga eléctrica experimentaría si se colocara en cualquier punto.Entre las Líneas En la teoría del campo se considera que todas las acciones se transmiten de un punto a otro por la modificación contigua del campo entre los puntos, y el campo se considera como el asiento de la energía. La física contemporánea está dominada por el punto de vista de la teoría del campo, tanto si se reinterpreta en términos de la teoría cuántica como si no.

Maxwell pretendía plasmar en notación matemática las ideas de Michael Faraday y, en particular, el fructífero concepto de líneas de fuerza de Faraday.Entre las Líneas En esto Maxwell se inspiró en el trabajo de William Thomson (más tarde Lord Kelvin), que había demostrado la analogía matemática entre los problemas del flujo de calor y de la distribución de la electricidad estática. Maxwell desarrolló analogías similares en su primer trabajo sobre el tema, “On Faraday’s Lines of Force” (1855-1856), trazando analogías separadas para diferentes aspectos del electromagnetismo: entre las corrientes eléctricas y las fluidas, y entre las líneas de fuerza eléctricas o magnéticas y las corrientes fluidas. Aunque sugerente, tal esfuerzo no era, por supuesto, una teoría unificada. “No creo,” escribió, “que tengamos ningún derecho en la actualidad para entender la acción de la electricidad, y sostengo que el principal mérito de una teoría temporal es, que guiará el experimento, sin impedir el progreso de la verdadera teoría cuando aparezca.” El comienzo del documento es de interés como una declaración de método; Maxwell señala las trampas del compromiso con una fórmula matemática, en cuyo caso “perdemos completamente de vista los fenómenos a explicar”, o a una hipótesis física, cuyas partes irrelevantes son susceptibles de llevarnos más allá de la verdad. [rtbs name=”verdad”] Él aboga en cambio por el uso de la analogía física, “esa similitud parcial entre las leyes de una ciencia y las de otra que hace que cada una de ellas ilustre a la otra”.

En su “Sobre las líneas de fuerza físicas” (1861-1862), la teoría del campo electromagnético de Maxwell aparece por primera vez, presentada como una deducción de un modelo detallado del éter. Las líneas de fuerza magnéticas se representan como vórtices moleculares (microscópicos) en este éter, la materia del éter girando en planos normales a la dirección de las líneas de fuerza, de modo que esta última es la dirección de los ejes de los vórtices. Maxwell encontró que de esta manera podía representar las propiedades de las líneas de fuerza necesarias para la magnetostática, es decir, que las líneas deberían tender a contraerse a lo largo de su longitud y repelerse lateralmente.Si, Pero: Pero ¿cómo pueden los vórtices vecinos girar en el mismo sentido, ya que sus límites vecinos se mueven en direcciones opuestas, y cómo se inician estos movimientos y se comunican a través del éter? Maxwell asumió una capa de diminutas ruedas ociosas entre cada par de células del vórtice en la sustancia etérea. Estas ruedas pueden girar libremente, de modo que un campo magnético uniforme está representado por las células del vórtice que giran todas a la misma velocidad y en el mismo sentido, y las ruedas intercaladas que giran en su lugar en el sentido opuesto. Las ruedas ociosas también pueden moverse de un lugar a otro en un conductor, pero están limitadas a un contacto de rodadura sin deslizarse con los vórtices vecinos. El movimiento de traslación de las ruedas se identifica con la corriente eléctrica y se utiliza para explicar la forma en que un campo magnético es creado por una corriente eléctrica (descubrimiento de Hans Christian Ørsted); también se utiliza para explicar la inducción electromagnética.

Otros Elementos

Además, en un dieléctrico, incluyendo el vacío, las ruedas no son libres de moverse en la traslación, sino que sólo pueden desplazarse ligeramente contra las fuerzas elásticas del material de las células. Esta acción de desplazamiento es la corriente de desplazamiento que forma el nuevo término Maxwell añadido a los resultados anteriores, al tiempo que los transforma a todos ellos en su lenguaje teórico. Maxwell procedió entonces a calcular la velocidad de propagación de las ondas transversales en su éter elástico. La velocidad de estas ondas era proporcional a la relación entre las unidades de carga electromagnética y electrostática.

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):

El factor de proporcionalidad entre la velocidad de las ondas y la relación de las unidades dependía en este cálculo del modelo específico elegido para el éter; el argumento que muestra que los dos términos son iguales no puede considerarse muy satisfactorio.Entre las Líneas En “Un modelo dinámico del campo electromagnético” (1865), las ecuaciones del campo electromagnético se presentan directamente sin recurrir al modelo del éter, y la relación entre la velocidad de las ondas y la relación de las unidades eléctricas se deduce directamente de las ecuaciones. Dado que, según Wilhelm Weber y Friedrich Kohlrausch (1857), la relación entre las unidades era de 3,11 × 108 metros/seg., mientras que, según Armand Fizeau, la velocidad de la luz era de 3,15 × 108 metros/seg., Maxwell llegó a la importante conclusión de que la luz consistía en ondas en el éter electromagnético. Esto finalmente ganó aceptación general cuando Heinrich Hertz generó las ondas electromagnéticas por medios eléctricos y demostró que tenían todas las propiedades de la luz, excepto que eran de una frecuencia mucho más baja, resultado de las condiciones de generación.

En sus últimos trabajos Maxwell ya no se basó en modelos específicos del éter.Entre las Líneas En el Tratado escribió que el intento que hizo entonces [en “On Physical Lines of Force”] “de imaginar un modelo de funcionamiento de este mecanismo no debe tomarse más que como lo que realmente es, una demostración de que el mecanismo puede ser imaginado capaz de producir una conexión mecánicamente equivalente a la conexión real de las partes del campo electromagnético. El problema de la determinación del mecanismo necesario para establecer una determinada especie de conexión entre los movimientos de las partes de un sistema admite siempre un número infinito de soluciones.”

No obstante, seguía considerando los fenómenos subyacentes como movimientos y tensiones en el éter mecánico, sosteniendo que la energía del magnetismo “existe en forma de algún tipo de movimiento de la materia en cada porción del espacio”, aparentemente de carácter vortical. Las opiniones de Maxwell difieren de las del siglo XX en los siguientes aspectos: El campo electromagnético no se consideraba una entidad dinámica separada de la materia, es decir, un éter material; la materia ordinaria se trataba de manera macroscópica, fenomenológica, más que desde el punto de vista atómico; y el papel de la carga en la teoría era ambiguo. A finales del siglo XIX H. A. Lorentz combinó la teoría de campo de Maxwell con las concepciones continentales de la atomicidad de la carga para establecer la teoría clásica del dualismo de la materia y el campo.

Datos verificados por: Marck

Recursos

Traducción al Inglés

Traducción al inglés de James Clerk Maxwell: James Clerk Maxwell

Véase También

Bibliografía

▷ Esperamos que haya sido de utilidad. Si conoces a alguien que pueda estar interesado en este tema, por favor comparte con él/ella este contenido. Es la mejor forma de ayudar al Proyecto Lawi.