Campo eléctrico y magnético: ¿cuáles son las diferencias?

El término «campo» en ruso significa un área muy grande de composición uniforme, por ejemplo, trigo o patata.

En física e ingeniería eléctrica, se utiliza para describir varios tipos de materia, por ejemplo, electromagnética, que consta de componentes eléctricos y magnéticos.

La carga eléctrica está asociada con estas formas de materia. Cuando está estacionario, siempre hay un campo eléctrico a su alrededor, y cuando se mueve, también se forma un campo magnético.

La idea del hombre sobre la naturaleza del campo eléctrico (más precisamente, electrostático) se forma sobre la base de estudios experimentales de sus propiedades, ya que todavía no existe otro método de investigación. Con este método se comprobó que actúa sobre cargas eléctricas en movimiento y/o estacionarias con cierta fuerza. Al medir su valor, se evalúan las principales características operativas.

Campo eléctrico

Formado:

• alrededor de cargas eléctricas (cuerpos o partículas);

• con cambios en el campo magnético, como ocurre durante el movimiento ondas electromagnéticas. 

Se representa con líneas de fuerza, que generalmente se muestran emanando de cargas positivas y terminando en cargas negativas. Las cargas son, por tanto, fuentes de campo eléctrico. Actuando sobre ellos puedes:

• identificar la presencia de un campo;

• introduzca un valor calibrado para medir su valor.

Para uso práctico, característica de potencia denominada voltaje, que se estima por la acción sobre una sola carga con signo positivo.

Campo magnético

Actúa sobre:

• cuerpos eléctricos y cargas en movimiento con un esfuerzo definido;

• momentos magnéticos sin considerar los estados de su movimiento.

El campo magnético se crea:

• el paso de una corriente de partículas cargadas;

• sumando los momentos magnéticos de los electrones dentro de los átomos u otras partículas;

• con un cambio temporal en el campo eléctrico.

También se representa con líneas de fuerza, pero están cerradas a lo largo del contorno, no tienen un principio ni un final, a diferencia de las eléctricas.

Interacción de campos eléctricos y magnéticos.

La primera justificación teórica y matemática de los procesos que tienen lugar en el campo electromagnético la realizó James Clerk Maxwell. Presentó un sistema de ecuaciones de formas diferenciales e integrales en las que mostró la relación del campo electromagnético con las cargas eléctricas y las corrientes que fluyen en medios continuos o en el vacío.

En su obra utiliza las leyes:

• Amperios, que describe el flujo de corriente a través de un cable y la creación de inducción magnética a su alrededor;

• Faraday, explicando la aparición de una corriente eléctrica a partir de la acción de un campo magnético alterno sobre un conductor cerrado.

Los trabajos de Maxwell determinaron las relaciones precisas entre las manifestaciones de los campos eléctricos y magnéticos en función de las cargas distribuidas en el espacio.

Ha pasado mucho tiempo desde la publicación de las obras de Maxwell. Los científicos estudian constantemente las manifestaciones de los hechos experimentales entre campos eléctricos y magnéticos, pero incluso ahora es difícil establecer su naturaleza. Los resultados se limitan a aplicaciones puramente prácticas de los fenómenos en consideración.

Esto se explica porque con nuestro nivel de conocimiento solo podemos construir hipótesis, ya que por ahora solo podemos asumir algo, después de todo, la naturaleza tiene propiedades inagotables que aún necesitan ser estudiadas mucho y durante mucho tiempo.

Características comparativas de los campos eléctrico y magnético.

fuentes de educacion

La relación mutua entre los campos de electricidad y magnetismo ayuda a comprender el hecho obvio: no están aislados, sino conectados, pero pueden manifestarse de diferentes maneras, representando una sola entidad: un campo electromagnético.

Si imaginamos que se crea un campo no homogéneo de carga eléctrica desde el espacio en algún punto, que es estacionario en relación con la superficie de la Tierra, entonces no funcionará para determinar el campo magnético a su alrededor en reposo.

Si el observador comienza a moverse en relación con esta carga, entonces el campo comenzará a cambiar con el tiempo, y el componente eléctrico ya formará uno magnético, que el investigador permanente puede ver con sus instrumentos de medición.

De igual forma, estos fenómenos ocurrirán cuando se coloque un imán estacionario sobre alguna superficie, creando un campo magnético. Cuando el observador comience a moverse hacia él, detectará la aparición de una corriente eléctrica.Este proceso describe el fenómeno de la inducción electromagnética.

Por lo tanto, no tiene mucho sentido decir que en el punto considerado en el espacio solo hay uno de dos campos: eléctrico o magnético. Esta pregunta debe hacerse en relación con el marco de referencia:

• estacionario;

• Móvil.

En otras palabras, el marco de referencia afecta la manifestación de campos eléctricos y magnéticos de la misma manera que se observan paisajes a través de filtros de diferentes tonalidades. El cambio en el color del vidrio afecta nuestra percepción de la imagen general, pero incluso si tomamos como base la luz natural creada por el paso de la luz solar a través de la atmósfera del aire, no dará la imagen real como un todo, sino lo distorsionará.

Esto significa que el marco de referencia es una de las formas de estudiar el campo electromagnético, permite evaluar sus propiedades, configuración. Pero eso realmente no importa.

Indicadores de campo electromagnético

Campo eléctrico

Los cuerpos cargados eléctricamente se utilizan como indicadores que muestran la presencia de un campo en un lugar particular del espacio. Pueden usar pequeños pedazos de papel electrificados, pelotas, mangas, "sultanes" para observar el componente eléctrico.

Consideremos un ejemplo en el que se colocan dos bolas indicadoras en suspensión libre a cada lado de un dieléctrico plano electrificado. Serán igualmente atraídos por su superficie y se extenderán en una línea.

En la segunda etapa, colocamos una placa plana de metal entre una de las bolas y un dieléctrico electrificado. Esto no cambiará las fuerzas que actúan sobre los indicadores. Las bolas no cambiarán de posición.

La tercera etapa del experimento está relacionada con la puesta a tierra de la lámina metálica. Tan pronto como esto suceda, la bola indicadora ubicada entre el dieléctrico electrificado y el metal puesto a tierra cambiará de posición, cambiando su dirección a la vertical. Dejará de ser atraído por la placa y estará sujeto solo a las fuerzas gravitatorias de la gravedad.

Esta experiencia muestra que las pantallas metálicas puestas a tierra bloquean la propagación de las líneas de campo eléctrico.

Campo magnético

En este caso, los indicadores pueden ser:

• limaduras de acero;

• un circuito cerrado a través del cual fluye una corriente eléctrica;

• aguja magnética (ejemplo de brújula).

El principio de distribución de virutas de acero a lo largo de líneas de fuerza magnéticas es el más extendido. También se incluye en el funcionamiento de la aguja magnética que, para reducir la oposición de las fuerzas de fricción, se fija en una punta afilada y, por lo tanto, recibe una libertad de rotación adicional.

Leyes que describen las interacciones de campos con cuerpos cargados

Campos eléctricos

El trabajo experimental de Coulomb, llevado a cabo con cargas puntuales suspendidas en un delgado y largo hilo de cuarzo, sirvió para aclarar la imagen de los procesos que tienen lugar en los campos eléctricos.

Cuando se les acercaba una bola cargada, ésta afectaba su posición, obligándolos a desviarse en cierta medida. Este valor se fija en el dial de escala de un dispositivo especialmente diseñado.

De esta forma, las fuerzas de acción mutua entre cargas eléctricas, las denominadas eléctrica, interacción de Coulomb… Se describen mediante fórmulas matemáticas que permiten realizar cálculos preliminares de los dispositivos diseñados.

Campos magnéticos

Funciona bien aquí ley de amperio basado en la interacción de un conductor portador de corriente colocado dentro de las líneas de fuerza magnéticas.

Una regla que usa la disposición de los dedos de la mano izquierda se aplica a la dirección de la fuerza que actúa sobre el alambre que lleva corriente. Los cuatro dedos unidos deben colocarse en la dirección de la corriente, y las líneas de fuerza del campo magnético deben entrar en la palma. Luego, el pulgar que sobresale indicará la dirección de la fuerza deseada.

gráficos de vuelo

Las líneas de fuerza se utilizan para indicarlas en el plano del dibujo.

Campos eléctricos

Para indicar líneas de estrés en esta situación, se usa un campo potencial cuando hay cargas estacionarias presentes. La línea de fuerza sale de la carga positiva y va a la negativa.

Un ejemplo de modelado de campo eléctrico es una variante de colocar cristales de quinina en aceite. Un método más moderno es el uso de programas informáticos de diseñadores gráficos.

Te permiten crear imágenes de superficies equipotenciales, estimar el valor numérico del campo eléctrico y analizar diferentes situaciones.

Campos magnéticos

Para una mayor claridad de visualización, utilizan líneas características de un campo de vórtice cuando está cerrado por un bucle. El ejemplo anterior con limas de acero ilustra claramente este fenómeno.

Características de potencia

Es costumbre expresarlos como cantidades vectoriales que tienen:

• cierto curso de acción;

• valor de la fuerza calculado por la fórmula correspondiente.

Campos eléctricos

El vector de intensidad de campo eléctrico en una unidad de carga se puede representar en forma de imagen tridimensional.

Su magnitud:

• dirigido lejos del centro de carga;

• tiene una dimensión que depende del método de cálculo;

• se determina por acción sin contacto, es decir, a distancia, como la relación entre la fuerza que actúa y la carga.

Campos magnéticos

El voltaje que surge en la bobina se puede ver como un ejemplo en la siguiente imagen.

Las líneas de fuerza magnética en él desde cada vuelta exterior tienen la misma dirección y se suman. Dentro del espacio de giro a giro, están dirigidos de manera opuesta. Debido a esto, el campo interno se debilita.

La magnitud del voltaje se ve afectada por:

• la fuerza de la corriente que pasa a través de la bobina;

• el número y la densidad de los devanados, que determinan la longitud axial de la bobina.

Las corrientes más altas aumentan la fuerza magnetomotriz. Además, en dos bobinas con el mismo número de vueltas pero diferente densidad de devanados, cuando fluye la misma corriente, esta fuerza será mayor donde las vueltas estén más cercanas.

Por lo tanto, los campos eléctricos y magnéticos tienen diferencias definidas, pero son componentes interconectados de una cosa común, electromagnética.