Electromagnetismo: Qué es, leyes y tipos de ondas


Electromagnetismo

Este post trata sobre el concepto de electromagnetismo.

En el aprenderás sobre:

  • Qué es el electromagnetismo, explicando cuáles son sus componentes básicos y como se originan sus dos tipos de fuerzas.
  • Cuáles son las leyes por las que se rige el electromagnetismo, aclarando quién las descubrió y que fenómeno electromagnético explican.
  • Definición de ondas electromagnéticas y sus distintos tipos clasificados en función de una serie de parámetros.

¿Qué es el electromagnetismo?


El electromagnetismo es una rama de la física que estudia las interacciones y fuerzas producidas por las partículas cargadas eléctricamente (electricidad y magnetismo).

Como ya podrás imaginar al ver esta definición, las fuerzas eléctricas y magnéticas están estrechamente relacionadas. Pero, ¿cómo funciona exactamente esta relación?

Para entenderla bien basta con partir del elemento que ambas tienen en común, las cargas eléctricas. Estas cargas, son los componentes fundamentales de las fuerzas eléctricas. Y también de las fuerzas magnéticas.

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Explicación del electromagnetismo: componentes básicos, fuerzas resultantes e influencia sobre otras cargas

La diferencia principal entre ambas fuerzas radica en la dinámica de estas cargas. La fuerza eléctrica se genera con cargas estáticas o en movimiento, mientras que la fuerza magnética solo se produce con cargas en movimiento.

Esto se aplica no solo a la generación de las propias fuerzas, sino también a como estas fuerzas pueden influir a su vez en otras cargas. Es decir, la fuerza eléctrica puede influenciar a partículas con carga tanto si están paradas como si están en movimiento, mientras que la fuerza magnética solo ejerce influencia sobre cargas en movimiento.

En resumen, que la presencia de unas cargas eléctricas influencia a otras cargas eléctricas, y esto depende de su cantidad, velocidad y posición.

Cuando hablamos de fuerzas eléctricas la idea más obvia, que seguro se te viene a la cabeza, son fenómenos naturales (como los rayos), o antrópicos (como la generación de energía lumínica).

Pero en realidad, los fenómenos eléctricos no se limitan a acontecimientos puntuales, sino que están presentes dentro de cada átomo en forma de carga positiva (protones) y carga negativa (electrones). Las interacciones de estas partículas subatómicas aportan estabilidad y diferentes propiedades a la materia. 

Por otro lado, la fuerza mágnetica también esta presente en todos los átomos (diamagnetismo), pero con una sutil diferencia, su valor en comparación con la fuerza eléctrica es ínfimo. 

Además, existe otro tipo de fuerza magnética mucho más intensa (paramagnetismo) que es debida a la presencia de electrones desapareados. Este tipo de magnetismo depende de interacciones entre ciertos átomos y moléculas, es decir, no ocurre en átomos individuales. Las moléculas que producen estas interacciones son los componentes fundamentales de los imanes.

En el siguiente apartado, voy a mostrarte cuáles son los principios fundamentales sobre los que se asienta el electromagnetismo.

Leyes del electromagnetismo


Las leyes del electromagnetismo son un conjunto de principios matemáticos que sirven para explicar como transcurrirá un determinado flujo electromagnético.

Al conocer una o varias variables de un sistema electromagnético, podemos inferir el resto, ya que se relacionan unas con otras gracias a estas leyes. Estas variables son intensidad de flujo, dirección, fuerza, etc…

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Explicación de las leyes del electromagnetismo. Relación con las ecuaciones de Maxwell y la ley de Lorentz.

Existen 4 leyes fundamentales del electromagnetismo. Cada una de ellas se encarga de explicar un fenómeno determinado. Voy a mostrártelas ahora:

1. Ley de Gauss: Explica como se produce un determinado flujo eléctrico partiendo de la carga eléctrica. Dicho de otro modo, la cantidad y distribución de las cargas en una superficie cerrada determina la cantidad de energía eléctrica por unidad de tiempo.

Al ser una superficie cerrada, nos sirve también para descartar la existencia de monopolos magnéticos, ya que en este tipo de superficie el flujo magnético es 0. De esta forma, la ley de Gauss son realmente dos principios: generación de flujo eléctrico y limitación a la generación de flujo magnético.

2. Ley de Ampere: Explica como se produce el flujo magnético en circuitos abiertos a partir de la variación del flujo eléctrico. Para ello, es necesario conocer el flujo eléctrico, así como la longitud y características del circuito.

3. Ley de Faraday: Explica como se produce un determinado flujo eléctrico partiendo de la variación del flujo magnético. De esta forma, el flujo eléctrico varía si modificamos la intensidad del flujo magnético, su posición o la posición relativa del resto de componentes con respecto al flujo magnético.

Es importante que entiendas también que todas estas leyes están integradas en las ecuaciones de Maxwell. Es decir, las personas que llevan su nombre en la ley las demostraron experimentalmente, mientras que Maxwell unificó y refutó matemáticamente todos estos experimentos hasta conseguir una teoría unificada del electromagnetismo.

Cabe destacar también que existe una ley posterior a las ecuaciones de Maxwell (4. Ley de Lorentz), que consiguió por primera vez integrar la electricidad y el magnetismo en una sola fuerza.

En concreto, explica la cantidad de fuerza electromagnética a la que una partícula se ve sometida. Para ello, tiene en cuenta 4 factores: la carga de la partícula, el flujo eléctrico, el flujo magnético y la velocidad perpendicular al flujo magnético.

Ondas electromagnéticas: que son y clasificación


Las ondas electromagnéticas son una serie de vibraciones ondulatorias producidas por la interacción de un campo eléctrico y un campo magnético.

Es importante aclararte, que no todas las interacciones entre la electricidad y el magnetismo producen este tipo de ondas.

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Definición de ondas electromagnéticas. Tipos de ondas electromágneticas: tabla explicativa de sus características más relevantes

En realidad, solo se pueden generar ondas si los campos eléctrico y magnético son perpendiculares entre sí. O lo que es lo mismo, si trazamos una línea imaginaria representando a la onda en un plano, la energía eléctrica oscilará por encima o por debajo de esa línea, mientras que la energía magnética se encontrará en la posición opuesta.

Se las suele clasificar en base a su frecuencia, su longitud y su energía. Voy a explicarte los tipos de ondas electromagnéticas siguiendo estos parámetros:

  • Radio: Su frecuencia aproximada es de 106 ondulaciones por segundo. Su longitud aproximada es alrededor de 103 metros. Su energía aproximada es de 10-27 J.
  • Microondas: Su frecuencia aproximada es de 108 ondulaciones por segundo. Su longitud aproximada es alrededor de 10-2 metros. Su energía aproximada es de 10-24 J.
  • Infrarrojo: Su frecuencia aproximada es de 1013 ondulaciones por segundo. Su longitud aproximada es alrededor de 10-5 metros. Su energía aproximada es de 10-21 J.
  • Visible: Su frecuencia aproximada es de 1014 ondulaciones por segundo. Su longitud aproximada es alrededor de 10-6 metros. Su energía aproximada es de 10-19 J.
  • Ultravioleta: Su frecuencia aproximada es de 1015 ondulaciones por segundo. Su longitud aproximada es alrededor de 10-7 metros. Su energía aproximada es de 10-18 J.
  • Rayos X: Su frecuencia aproximada es de 1016 ondulaciones por segundo. Su longitud aproximada es alrededor de 10-8 metros. Su energía aproximada es de 10-17 J.
  • Rayos gamma: Su frecuencia aproximada es de 1019 ondulaciones por segundo. Su longitud aproximada es alrededor de 10-11 metros. Su energía aproximada es de 10-14 J.

No olvides que los valores de estas ondas son una aproximación. En realidad sus parámetros se encuentran dentro de un espectro continuo (espectro electromagnético).

Esto quiere decir, que cada tipo de onda se encuentra dentro de un rango de valores determinado, pero no es absoluto (hay ciertos valores que pueden ser interpretados como dos tipos de ondas distintas al mismo tiempo, ya que se encuentran en la interfase de dos rangos).

Referencias



 

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