Electromagnetismo

El electromagnetismo es la física del campo electromagnético: un campo que ejerce una fuerza sobre partículas que poseen la característica de carga eléctrica , y está a su vez afectada por la presencia y el movimiento de esas partículas.

Un campo magnético variable genera un campo eléctrico (este es el fenómeno de la inducción electromagnética, la base de operaciones para generadores eléctricos, motores de inducción, y transformadores). Del mismo modo, un campo eléctrico variable genera un campo magnético. Debido a esta interdependencia de los campos eléctricos y magnéticos, tiene sentido considerar como una sola-la entidad del campo electromagnético coherente.

El campo magnético es producido por el movimiento de las cargas eléctricas, es decir, corriente eléctrica. El campo magnético hace que la fuerza magnética asociada a los imanes .

Las implicaciones teóricas de electromagnetismo condujo al desarrollo de la relatividad especial de Albert Einstein en 1905 .

Historia

Mientras se preparaba para una conferencia por la noche el 21 de abril de 1820, Hans Christian Ørsted desarrolló un experimento que demuestre que lo sorprendió. Mientras se estaba preparando sus materiales, se dio cuenta de una aguja de la brújula desviado desde el norte magnético cuando la corriente eléctrica de la batería que estaba usando se enciende y se apaga. Esta desviación lo convenció de que los campos magnéticos se irradian desde todos los lados de un alambre que lleva una corriente eléctrica, así como la luz y el calor hacen, y que confirma una relación directa entre la electricidad y el magnetismo.

En el momento del descubrimiento, Ørsted no sugirió una explicación satisfactoria del fenómeno, ni tampoco tratar de representar el fenómeno en un marco matemático. Sin embargo, tres meses más tarde comenzó las investigaciones más intensivas. Poco después publicó sus hallazgos, demostrando que una corriente eléctrica produce un campo magnético a medida que fluye a través de un cable. La unidad CGS de la inducción magnética (Oersted) se llama así en honor a sus contribuciones en el campo del electromagnetismo.

Sus hallazgos dieron lugar a una intensa investigación en toda la comunidad científica en electrodinámica. Influyeron físico francés La evolución de André-Marie Ampère de una sola forma matemática para representar las fuerzas magnéticas entre conductores de corriente. El descubrimiento de Oersted también representó un paso importante hacia un concepto unificado de la energía.

Ørsted no fue la primera persona a examinar la relación entre la electricidad y el magnetismo. En 1802 Gian Domenico Romagnosi, un jurista italiano, desvía una aguja magnética por cargas electrostáticas. Él interpretó sus observaciones como la relación entre la electricidad y el magnetismo. En realidad, no existía ninguna corriente galvánica en la configuración y por lo tanto no estaba presente el electromagnetismo. Una cuenta del descubrimiento fue publicado en 1802 en un periódico italiano, pero fue pasado por alto en gran parte por la comunidad científica contemporánea.

Esta unificación, que fue observado por Michael Faraday , extendida por James Clerk Maxwell , y parcialmente reformulada por Oliver Heaviside, es uno de los triunfos del siglo 19 la física. Tuvo consecuencias de gran alcance, uno de los cuales era la comprensión de la naturaleza de la luz . Pues resulta que, lo que se considera como "la luz" es en realidad una de propagación perturbación oscilatoria en el campo electromagnético, es decir, un electromagnética de onda . Diferente frecuencias de oscilación dan lugar a las diferentes formas de radiación electromagnética , a partir de ondas de radio en las frecuencias más bajas, a la luz visible a frecuencias intermedias, a rayos gamma en las frecuencias más altas.

La fuerza electromagnética

La fuerza que el campo electromagnético ejerce sobre partículas cargadas eléctricamente, llama la fuerza electromagnética, es uno de los cuatro fuerzas fundamentales. Las otras fuerzas fundamentales son la fuerza nuclear fuerte (que mantiene los núcleos atómicos juntos), la fuerza nuclear débil (que causa ciertas formas de decaimiento radiactivo), y la fuerza de la gravedad . Todas las demás fuerzas se derivan en última instancia de estas fuerzas fundamentales.

La fuerza electromagnética es el responsable de prácticamente todos los fenómenos encontrados en la vida diaria, con la excepción de la gravedad. Todas las fuerzas que intervienen en las interacciones entre los átomos se pueden remontar a la fuerza electromagnética que actúa sobre las cargadas eléctricamente protones y electrones dentro de los átomos. Esto incluye a las fuerzas que experimentamos en "empujar" o "tirando" objetos materiales ordinarios, que provienen de la fuerzas intermoleculares entre los individuales moléculas en nuestros cuerpos y los de los objetos. También incluye todas las formas de fenómenos químicos , que surgen de la interacción entre orbitales electrónicos.

Electrodinámica clásica

El científico William Gilbert propuso, en su De Magnete ( 1600), que la electricidad y el magnetismo, mientras tanto capaz de causar la atracción y la repulsión de los objetos, eran distintos efectos. Marineros habían dado cuenta de que la caída de rayos tenían la capacidad de perturbar una aguja de la brújula, pero el vínculo entre el rayo y la electricidad no fue confirmada hasta Benjamin Franklin experimentos propuestos 's en 1752 . Uno de los primeros en descubrir y publicar un enlace entre la corriente y el magnetismo era eléctrico hecho por el hombre Romagnosi, quien en 1802 se dio cuenta de que la conexión de un cable a través de un Voltaic pila desvió un cercano aguja de la brújula. Sin embargo, el efecto no llegó a ser muy conocido hasta 1820 , cuando Ørsted realizó un experimento similar. El trabajo de Ørsted influenciada Ampère para producir una teoría del electromagnetismo que puso el tema sobre una base matemática.

Una teoría exacta del electromagnetismo, conocido como electromagnetismo clásico, fue desarrollado por varios los físicos a lo largo de la del siglo 19 , que culminaron en la obra de James Clerk Maxwell , que unificó los acontecimientos anteriores en una sola teoría y descubrió la naturaleza electromagnética de la luz. En electromagnetismo clásico, el campo electromagnético obedece a un conjunto de ecuaciones conocidas como ecuaciones de Maxwell , y la fuerza electromagnética está dada por la Ley de la fuerza de Lorentz.

Una de las peculiaridades del electromagnetismo clásico es que es difícil de conciliar con la mecánica clásica , pero es compatible con la relatividad especial . De acuerdo con las ecuaciones de Maxwell, la velocidad de la luz es una constante universal, sólo depende de la permitividad eléctrica y permeabilidad magnética de la vacío. Esto viola Invariancia galileana, la piedra angular de larga data de la mecánica clásica. Una manera de conciliar las dos teorías es asumir la existencia de un éter luminoso a través del cual se propaga la luz. Sin embargo, los esfuerzos experimentales posteriores no para detectar la presencia del éter. En 1905 , Albert Einstein resolvió el problema con la introducción de la relatividad especial , que sustituye a la cinemática clásica con una nueva teoría de la cinemática que es compatible con el electromagnetismo clásico.

Además, la teoría de la relatividad muestra que en los marcos de referencia que se mueve de un campo magnético se transforma en un campo con un componente eléctrico no nulo y viceversa; así firmemente demostrando que son dos caras de la misma moneda, y de ahí el término "electromagnetismo".

El efecto fotoeléctrico

En otro artículo publicado en ese mismo año, Albert Einstein socavó los cimientos mismos del electromagnetismo clásico. Su teoría de la efecto fotoeléctrico (por la que ganó el premio Nobel de física) postuló que la luz podía existir en cantidades similares a las partículas discretas, que más tarde llegaron a ser conocidos como los fotones . La teoría del efecto fotoeléctrico de Einstein amplió las ideas que aparecieron en la solución de la catástrofe ultravioleta presentado por Max Planck en 1900 . En su trabajo, Planck mostró que los objetos calientes emiten radiación electromagnética en paquetes discretos, lo que conduce a un total finita de energía emitida como la radiación del cuerpo negro. Ambos resultados fueron en directa contradicción con la visión clásica de la luz como una onda continua. Planck y las teorías de Einstein eran progenitores de la mecánica cuántica , que, cuando se formula en 1925 , hizo necesaria la invención de una teoría cuántica del electromagnetismo. Esta teoría, terminado en el 1940, que se conoce como electrodinámica cuántica (o "QED"), y es una de las teorías más precisas conocidas por la física.

Definición

El término electrodinámica se utiliza a veces para referirse a la combinación del electromagnetismo con mecánica, y se ocupa de los efectos del campo electromagnético sobre el comportamiento dinámico de partículas cargadas eléctricamente.

Unidades

Unidades electromagnéticas son parte de un sistema de unidades eléctricas basa principalmente en las propiedades magnéticas de las corrientes eléctricas, siendo la unidad cgs fundamental la abampere. Las unidades son:

En el sistema cgs electromagnética, la corriente eléctrica es una cantidad fundamental definido a través Ley y de Ampère toma la permeabilidad como una cantidad sin dimensiones (permeabilidad relativa), cuyo valor en el vacío es la unidad. Como consecuencia, el cuadrado de la velocidad de la luz aparece explícitamente en algunas de las ecuaciones interrelacionan cantidades en este sistema.