Campo electromagnético - historia del descubrimiento y propiedades físicas

Los fenómenos eléctricos y magnéticos han sido conocidos por la humanidad desde la antigüedad, después de todo, vieron rayos y muchas personas antiguas sabían sobre los imanes que atraen ciertos metales. La batería de Bagdad, inventada hace 4000 años, es una de las pruebas de que la humanidad usaba la electricidad mucho antes de nuestros días y obviamente sabía cómo funcionaba. Sin embargo, se cree que hasta principios del siglo XIX, la electricidad y el magnetismo siempre fueron considerados por separado, considerados como fenómenos no relacionados y pertenecientes a diferentes ramas de la física.

El estudio del campo magnético comenzó en 1269 cuando el científico francés Peter Peregrin (Caballero Pierre de Mericourt) marcó el campo magnético en la superficie de un imán esférico utilizando agujas de acero y determinó que las líneas de campo magnético resultantes se cruzaban en dos puntos a los que llamó "polos" por analogía con los polos de la Tierra.

Oersted en sus experimentos solo en 1819.encontró la desviación de la aguja de una brújula colocada cerca de un cable que transportaba corriente, y luego el científico concluyó que había alguna conexión entre los fenómenos eléctricos y magnéticos.

5 años más tarde, en 1824, Ampere pudo describir matemáticamente la interacción de un cable que lleva corriente con un imán, así como la interacción de los cables entre sí, por lo que apareció ley de amperio: "La fuerza que actúa sobre un cable que lleva corriente colocado en un campo magnético uniforme es proporcional a la longitud del cable, vector de inducción magnética, corriente y seno del ángulo entre el vector de inducción magnética y el alambre «.

Con respecto al efecto de un imán sobre una corriente, Ampere sugirió que dentro de un imán permanente hay corrientes cerradas microscópicas que crean un campo magnético del imán que interactúa con el campo magnético de un conductor que transporta corriente.

Después de otros 7 años, en 1831, Faraday descubrió experimentalmente el fenómeno de la inducción electromagnética, es decir, logró establecer el hecho de la aparición de una fuerza electromotriz en un conductor en el momento en que un campo magnético variable actúa sobre este conductor. Mirar - aplicación práctica del fenómeno de la inducción electromagnética.

Por ejemplo, al mover un imán permanente cerca de un cable, puede obtener una corriente pulsante en él, y al aplicar una corriente pulsante a una de las bobinas, en el núcleo de hierro común con el que se encuentra la segunda bobina, se producirá una corriente pulsante. también aparecen en la segunda bobina.

33 años después, en 1864, Maxwell logró resumir matemáticamente los fenómenos eléctricos y magnéticos ya conocidos: creó una teoría del campo electromagnético, según la cual el campo electromagnético incluye campos eléctricos y magnéticos interconectados. Entonces, gracias a Maxwell, fue posible combinar científicamente los resultados de experimentos previos en electrodinámica.

Una consecuencia de estas importantes conclusiones de Maxwell es su predicción de que, en principio, cualquier cambio en el campo electromagnético debe generar ondas electromagnéticas que se propagan en el espacio y en medios dieléctricos con una cierta velocidad finita que depende de la permitividad magnética y dieléctrica del medio. para propagación ondulada.

Para el vacío, esta velocidad resultó ser igual a la velocidad de la luz, por lo que Maxwell supuso que la luz también es una onda electromagnética, y esta suposición se confirmó más tarde (aunque Jung señaló la naturaleza ondulatoria de la luz mucho antes que Oersted). experimentos).

Maxwell, por otro lado, creó la base matemática para el electromagnetismo, y en 1884 las famosas ecuaciones de Maxwell aparecieron en forma moderna. En 1887, Hertz confirmó la teoría de Maxwell de ondas electromagnéticas: El receptor recogerá las ondas electromagnéticas enviadas por el transmisor.

La electrodinámica clásica se ocupa del estudio de los campos electromagnéticos.En el marco de la electrodinámica cuántica, la radiación electromagnética se considera como un flujo de fotones, en el que la interacción electromagnética es llevada a cabo por partículas portadoras, fotones, bosones vectoriales sin masa, que pueden representarse como excitaciones cuánticas elementales de un campo electromagnético. Por lo tanto, un fotón ES un cuanto del campo electromagnético desde la perspectiva de la electrodinámica cuántica.

La interacción electromagnética es hoy considerada una de las interacciones fundamentales en la física, y el campo electromagnético es uno de los campos físicos fundamentales junto con los campos gravitatorio y fermiónico.

Propiedades físicas del campo electromagnético.

La presencia de campos eléctricos o magnéticos o ambos en el espacio puede juzgarse por la fuerte acción del campo electromagnético sobre una partícula cargada o sobre una corriente.

El campo eléctrico actúa sobre las cargas eléctricas, tanto en movimiento como estacionarias, con cierta fuerza, dependiendo de la intensidad del campo eléctrico en un punto dado del espacio en un momento dado y de la magnitud de la carga de prueba q.

Conociendo la fuerza (magnitud y dirección) con la que actúa el campo eléctrico sobre la carga de prueba, y conociendo la magnitud de la carga, se puede encontrar la intensidad del campo eléctrico E en un punto dado del espacio.

Un campo eléctrico es creado por cargas eléctricas, sus líneas de fuerza comienzan en cargas positivas (fluyen condicionalmente desde ellas) y terminan en cargas negativas (fluyen condicionalmente hacia ellas). Así, las cargas eléctricas son fuentes de campo eléctrico. Otra fuente del campo eléctrico es el campo magnético cambiante, que se demuestra matemáticamente mediante las Ecuaciones de Maxwell.

La fuerza que actúa sobre una carga eléctrica desde el lado del campo eléctrico es parte de la fuerza que actúa sobre una carga dada desde el lado del campo electromagnético.

Un campo magnético es creado por cargas eléctricas en movimiento (corrientes) o por campos eléctricos variables en el tiempo (como se ve en las ecuaciones de Maxwell) y actúa solo sobre cargas eléctricas en movimiento.

La fuerza de la acción del campo magnético sobre una carga en movimiento es proporcional a la inducción del campo magnético, la magnitud de la carga en movimiento, la velocidad de su movimiento y el seno del ángulo entre el vector de inducción del campo magnético B y la dirección de la velocidad de movimiento de la carga. Esta fuerza a menudo se denomina fuerza de Lorenzobache y es solo la parte "magnética" de la misma.

De hecho, la fuerza de Lorentz incluye componentes eléctricos y magnéticos. El campo magnético se crea al mover cargas eléctricas (corrientes), sus líneas de fuerza siempre están cerradas y cubren la corriente.