Fenómenos electromagnéticos

Contenido: Introducción. Historia de la teoría. Electrodinámica clásica. El efecto fotoeléctrico.

Objetivo: Al finalizar la competencia describirá los fundamentos teóricos de los fenómenos electromagnéticos, sin error.

Introducción

Electromagnetismo es uno de los cuatro interacciones fundamentales de la naturaleza. Los otros tres son los fuerte interacción, La interacción débil y gravitación. El electromagnetismo es la fuerza que causa la interacción entre las partículas cargadas eléctricamente, las áreas en las que esto ocurre se llaman los campos electromagnéticos.

El electromagnetismo es responsable de prácticamente todos los fenómenos relacionados con la vida diaria, con la excepción de la gravedad. La materia ordinaria toma su forma como resultado de las fuerzas intermoleculares entre los distintos moléculas en la materia. El electromagnetismo es también la fuerza que tiene electrones y protones juntos dentro de átomos, Que son los componentes básicos de moléculas. Esto rige los procesos involucrados en química, Que surgen de las interacciones entre el electrones que orbitan los átomos.

El electromagnetismo se manifiesta como dos los campos eléctricos y los campos magnéticos. Ambos campos son simplemente diferentes aspectos del electromagnetismo, y por lo tanto están relacionados intrínsecamente. Por lo tanto, un campo eléctrico variable genera un campo magnético, por el contrario un campo magnético variable genera un campo eléctrico.

Este efecto se llama la inducción electromagnética, Y es la base de operación para generadores eléctricos, motores de inducción, Y transformadores. Matemáticamente hablando, campos magnéticos y campos eléctricos son convertibles con movimiento relativo como cuatro vectores.

Campo eléctrico son la causa de varios fenómenos comunes, como potencial eléctrico (Por ejemplo, el voltaje de una batería) y corriente eléctrica (Por ejemplo, el flujo de electricidad a través de una linterna). Los campos magnéticos son la causa de la fuerza asociada con imanes.

En electrodinámica cuántica, Las interacciones electromagnéticas entre partículas cargadas pueden ser calculados usando el método de Diagramas de Feynman, En la que nos imaginamos partículas mensajeras llamada fotones virtuales que se intercambian entre partículas cargadas. Este método se puede derivar de la imagen de campo a través perturbación de la teoría.

Las implicaciones teóricas del electromagnetismo llevaron al desarrollo de la relatividad especial por Albert Einstein en el año 1905.

Historia de la teoría

James Clerk Maxwell’S

Originalmente, la electricidad y el magnetismo eran considerados como dos fuerzas separadas. Este punto de vista ha cambiado, sin embargo, con la publicación de James Clerk Maxwell’S 1873 Tratado sobre Electricidad y Magnetismo en el que las interacciones de cargas positivas y negativas, se mostró a ser regulada por una sola fuerza. Hay cuatro principales efectos derivados de estas interacciones, todos los cuales han sido claramente demostrado por los experimentos:

1. Las cargas eléctricas atraen o se repelen entre sí con una fuerza inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos: cargas diferentes se atraen, al igual que los repelen.

2. Magnetic poles (or states of polarization at individual points) attract or repel one another in a similar way and always come in pairs: every north pole is yoked to a south pole.

3. Una corriente eléctrica en un cable crea un campo magnético circular alrededor del alambre en su dirección en función de la corriente.

4. Una corriente se induce en un aro de alambre cuando se mueve hacia o lejos de un campo magnético, o un imán se mueve hacia o lejos de ella, la dirección de la corriente en función de la del movimiento.

Mientras se preparaba para una conferencia por la noche el 21 de abril de 1820, Hans Christian Ørsted hizo una observación sorprendente. Como fue la creación de sus materiales, se dio cuenta de un aguja de la brújula desviado de norte magnético cuando la corriente eléctrica de la batería que estaba usando se enciende y se apaga. Este desvío lo convenció de que los campos magnéticos se irradian desde todos los lados de un alambre que lleva una corriente eléctrica, como la luz y el calor hace, y que confirma una relación directa entre la electricidad y el magnetismo.
En el momento del descubrimiento, Ørsted no sugieren una explicación satisfactoria del fenómeno, ni tampoco tratar de representar el fenómeno en un marco matemático.

Ørsted

Sin embargo, tres meses más tarde comenzó las investigaciones más intensivas. Poco después publicó sus conclusiones, lo que demuestra que una corriente eléctrica produce un campo magnético a medida que fluye a través de un cable. La CGS unidad de inducción magnética (Oersted) Es el nombre en honor a sus contribuciones al campo del electromagnetismo.

Sus hallazgos como resultado de una intensa actividad en toda la comunidad científica en electrodinámica. Influyeron físico francés André-Marie Ampère’S la evolución de una forma matemática única para representar a las fuerzas magnéticas entre conductores de corriente. Ørsted descubrimiento también representa un paso importante hacia un concepto unificado de la energía.

Esta unificación, que fue observado por Michael Faraday, Prorrogado por la James Clerk Maxwell, Y parcialmente reformulada por Oliver Heaviside y Heinrich Hertz, Es uno de los principales logros del siglo 19 la física matemática. Esto tuvo consecuencias de largo alcance, uno de los cuales fue la comprensión de la naturaleza de la luz. Luz y otros las ondas electromagnéticas adoptar la forma de cuantizada, Auto-multiplicación oscilatorio perturbaciones electromagnéticas campo llamado fotones.

Diferentes frecuencias de la oscilación dar lugar a las diferentes formas de la radiación electromagnética, A partir de las ondas de radio en las frecuencias más bajas, a la luz visible en las frecuencias intermedias, a los rayos gamma en las frecuencias más altas.

Orsted no era la única persona para examinar la relación entre la electricidad y el magnetismo. En 1802 Gian Domenico Romagnosi, Un experto jurídico italiano, desvía una aguja magnética por cargas electrostáticas. En realidad, no galvánico actuales existentes en la instalación y por lo tanto no estaba presente el electromagnetismo. Una cuenta de que el descubrimiento fue publicado en 1802 en un periódico italiano, pero fue pasado por alto en gran parte por la comunidad científica contemporánea.

La fuerza electromagnética es uno de los cuatro fuerzas fundamentales. Las otras fuerzas fundamentales son: la la fuerza nuclear fuerte (Que mantiene unidos a los quarks, junto con el efecto residual de la fuerza fuerte que mantiene los núcleos atómicos juntos, para formar el núcleo), el fuerza nuclear débil (Lo que hace que ciertas formas de desintegración radiactiva), Y el fuerza de la gravedad. Todas las otras fuerzas (por ejemplo, fricción) Se deriva en última instancia de estas fuerzas fundamentales.

La fuerza electromagnética es el responsable de prácticamente todos los fenómenos que uno encuentra en la vida cotidiana, con la excepción de la gravedad. En términos generales, todas las fuerzas implicadas en las interacciones entre átomos se puede remontar a la fuerza electromagnética que actúa sobre la carga eléctrica protones y electrones dentro de los átomos. Esto incluye a las fuerzas que experimentamos en “empujar” o “tirar” los objetos materiales ordinarios, que provienen de la las fuerzas intermoleculares entre el individuo moléculas en nuestros cuerpos y los de los objetos. También incluye todas las formas de fenómenos químicos, Que surgen de la interacción entre orbitales de electrones.

Electrodinámica clásica

William Gilbert

El científico William Gilbert propuesta, en su De Magnete (1600), que la electricidad y el magnetismo, mientras tanto capaz de provocar la atracción y la repulsión de los objetos, efectos fueron distintos. Marineros se había dado cuenta de que los rayos tenía la capacidad de perturbar una aguja de la brújula, pero la relación entre el rayo y la electricidad no fue confirmada hasta Benjamin Franklin’S experimentos propuestos en 1752. Uno de los primeros en descubrir y publicar una relación entre el hombre corriente eléctrica y el magnetismo fue Romagnosi, Que en 1802 advirtió que conectar un cable a través de una pila voltaica desvió un cercano brújula aguja. Sin embargo, el efecto no se hizo ampliamente conocida hasta 1820, cuando Ørsted realizó un experimento similar.

Una teoría exacta del electromagnetismo, conocida como electromagnetismo clásico, Fue desarrollado por varios físicos en el transcurso del siglo 19, que culminó 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 se conoce como ecuaciones de Maxwell, Y la fuerza electromagnética es propuesta por el 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 a las ecuaciones de Maxwell, la velocidad de la luz en el vacío es una constante universal, sólo depende de la permitividad eléctrica y permeabilidad magnética de espacio libre. Esto viola invariancia de Galileo, Una piedra angular de larga data de la mecánica clásica. Una forma de conciliar las dos teorías es asumir la existencia de un éter luminífero a través del cual se propaga la luz.

Sin embargo, tras los esfuerzos experimentales no pudo detectar la presencia del éter. Después de las importantes contribuciones de Hendrik Lorentz y Henri Poincaré, 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 demuestra que en el movimiento marcos de referencia de un campo magnético se transforma en un campo con un componente distinto de cero eléctrica y viceversa, por lo que con firmeza demostrando que son dos caras de una misma moneda, y por lo tanto el término “electromagnetismo”.

El efecto fotoeléctrico

En otro artículo publicado en ese mismo año, Albert Einstein socavado los fundamentos mismos del electromagnetismo clásico. Su teoría de la efecto fotoeléctrico (Por la que ganó el premio Nobel de Física) postuló que la luz podría existir en cantidades discretas, como partículas, que más tarde llegó a ser conocido como fotones. La teoría de Einstein del efecto fotoeléctrico extendió las ideas que surgieron en la solución de los catástrofe ultravioleta presentado por Max Planck en el año 1900.

En su trabajo, Planck mostró que los objetos calientes emiten radiación electromagnética en paquetes discretos, que conduce a un total finita energía emite como radiación del cuerpo negro. Ambos resultados fueron en directa contradicción con la visión clásica de la luz como una onda continua, aunque ahora se sabe que el efecto fotoeléctrico no, de hecho, una obligar a ninguna conclusión acerca de la luz que se hace de “fotones”, como se en el efecto fotoeléctrico artículo.

Planck y Einstein teorías fueron progenitores de la mecánica cuántica, Que, cuando se formula en 1925, hizo necesaria la invención de una teoría cuántica del electromagnetismo. Esta teoría, terminó en la década de 1940, que se conoce como electrodinámica cuántica (O “QED”), y, en situaciones en las que perturbación de la teoría es aplicable, es una de las teorías más exactas a la física.

Fuentes: Wikipedia.org, Misecundaria.com y Enciclopedia Encarta