Electromagnetismo

¿Qué es el electromagnetismo?

El electromagnetismo es la rama de la física que estudia las relaciones entre los fenómenos eléctricos y magnéticos, es decir, las interacciones entre las partículas cargadas y los campos eléctricos y magnéticos.

En 1821 los fundamentos del electromagnetismo fueron dados a conocer con el trabajo científico del británico Michael Faraday, lo que dio origen a esta disciplina. En 1865 el escocés James Clerk Maxwell formuló las cuatro “ecuaciones de Maxwell” que describen por completo los fenómenos electromagnéticos.

Conceptos básicos de electromagnetismo

Carga eléctrica

La carga eléctrica es una propiedad fundamental de las partículas que constituyen la materia. La base de todas las cargas eléctricas reside en la estructura atómica. El átomo concentra en el núcleo protones positivos, y rodeando al núcleo se mueven electrones negativos. Cuando el número de electrones y protones es igual, tenemos un átomo con carga neutra. Cuando el átomo gana un electrón queda con una carga negativa (anión), y cuando pierde un electrón queda con carga positiva (catión).

Campo eléctrico y campo magnético

Un campo eléctrico es un campo de fuerza que rodea a una carga o partícula cargada. Esto es, una partícula cargada afecta o ejerce una fuerza sobre otra partícula cargada que se encuentre en las inmediaciones.

Inducción electromagnética

La Inducción electromagnética, descubierta por Joseph Henry (1797-1878) y Michael Faraday (1791-1867), es la producción de electricidad por medio de un campo magnético en movimiento. Al hacer pasar un campo magnético por una bobina de alambre u otro material conductor, se provoca un flujo de carga o corriente cuando el circuito está cerrado.

Introducción

El estudio del magnetismo comenzó con la observación de que algunas piedras que se encuentran en la naturaleza, atraen al hierro.

Cuando dos cargas están en movimiento, entre ellas surge una fuerza que se denomina fuerza magnética.

La ciencia de la electricidad nació con el descubrimiento conocido por Tales de Mileto, en el año 600 a. C, de que un trozo de ámbar frotado atrae pedazos de paja.

Cuando dos cargas eléctricas se encuentran en reposo, entre ellas existe una fuerza llamada electrostática.

Estas dos ciencias se desarrollaron independientemente una de la otra hasta 1820, cuando un científico llamado Hans Christian Oesrted (1777-1851) observó una relación entre ellas, al saber, que la corriente eléctrica de un alambre puede afectar a una aguja magnética de una brújula.

Poco después se comprobó que todo fenómeno magnético era producido por corrientes eléctricas, es decir se lograba de manera definitiva, la unificación de magnetismo y la electricidad, originando la rama de la física que actualmente se conoce como electromagnetismo.

Historia del Electromagnetismo

El electromagnetismo tiene sus inicios en los chinos a principios del año 2000 a.C. Otra parte de la historia se remonta a los antiguos griegos que observaron los fenómenos eléctricos y magnéticos posiblemente en el año 700 a.C. Descubrieron que un pedazo de ámbar frotado se electrificaba y era capaz de atraer trozos de paja o plumas.

La existencia de la fuerza magnética se conocía al observar que pedazos de roca natural llamada magnetita (Fe3O4) atraen el Hierro. (La palabra eléctrico proviene del vocablo griego para el ámbar).

En 1600, William Gilbert descubre que la electrificación no estaba limitada al ambarsino, que éste era un fenómeno general. Así, científicos electrificaron una variedad de objetos, incluyendo gallinas y personas. Experimentos realizados por Charles Coulomb en 1785 confirmaron la Ley inversa del Cuadrado para la electricidad.

Hasta principios del siglo XIX los científicos establecieron que la electricidad y el magnetismo son, en efecto, fenómenos realizados en 1820. Hans Oersted descubre que una brújula se reflecta cuando se coloca cerca de un circuito que lleve corriente eléctrica.

En 1831, Michael Faraday y Joseph Heary, demuestran que, cuando un magneto o un imán (o de manera equivalente cuando al magneto se mueve cerca de un alambre), se observa una corriente eléctrica en el alambre.

En 1873, James Clero Maxwell usa estas observaciones y otros factores experimentales como base, y formula leyes del electromagnetismo que se conocen actualmente.

Poco tiempo después (alrededor de 1878), Henrich Hertz verifica las predicciones de Maxwell produciendo ondas electromagnéticas en el laboratorio.

Esto fue seguido por desarrollos prácticos como la radio la televisión. Las contribuciones de Maxwell a la ciencia del electromagnetismo fueron especialmente significativas debido a que las leyes formuladas por el son básicas para todas las formas de los fenómenos los electromagnéticos.

Su trabajo es comparable en la importancia del descubrimiento de newton con sus leyes del movimiento y la teoría de la gravitación.

El descubrimiento científico básico logrado por Edison (a pesar del hecho de que ese estableció casi 1100 patentes) mejoro el desarrollo de los sistemas de comunicación modernos (radio, telefonía, radar y televisión).

Durante el periodo que Edison se dedicaba a preparar la luz eléctrica, coloco un filamento metálico en una ampolla de vidrio he hizo el vació en su interior (tubo vacío) con un segundo electrodo que estaba conectado al polo positivo de una batería.

Descubrió que cuando hacia pasar una corriente a través del filamento y esté se calentaba y se ponía incandescente, un flujo de electricidad (electrones) pasaba a través del espacio vació en el tubo al electrodo cargado positivamente (la placa) y volvía la batería.

Este fenómeno se llama efecto Edison, pero el no vio en su dispositivo posibilidades practicas y no hizo nada con el excepto patentarlo.

Aplicaciones del electromagnetismo

El electromagnetismo es la base del funcionamiento de los dispositivos eléctricos y electrónicos que usamos diariamente.

Micrófonos

Los micrófonos poseen una fina membrana que vibra como respuesta a un sonido. Unida a la membrana se encuentra una bobina de alambre que forma parte de un imán y que se mueve junto a la membrana. El movimiento de la bobina a través del campo magnético convierte las ondas sonoras en corriente eléctrica que se transfiere a un altavoz y se amplifica.

Generadores

Los generadores usan energía mecánica para producir energía eléctrica. La energía mecánica puede provenir del vapor de agua, creado por la combustión de combustibles fósiles, o de la caída de agua en las plantas hidroeléctricas.

Motor eléctrico

Un motor usa energía eléctrica para producir energía mecánica. Los motores de inducción usan corriente alterna para convertir la energía eléctrica en energía mecánica. Estos son los motores usados típicamente en los aparatos domésticos, como ventiladores, secadores, lavadoras y licuadoras.

Maglev: trenes que levitan

Los trenes levitados magnéticamente emplean el electromagnetismo para levantarse, guiarse y propulsarse por una vía especial. Japón y Alemania son pioneros en el uso de estos trenes como medio de transporte. Existen dos tecnologías: la suspensión electromagnética y la suspensión electrodinámica.

Diagnósticos médicos

La imagen por resonancia magnética es una de las tecnologías de mayor impacto en la medicina moderna. Se fundamenta en el efecto de fuertes campos magnéticos sobre los núcleos de hidrógeno del agua del cuerpo.

Maxwell y la teoría del electromagnetismo

James Clerk Maxwell dedujo entre 1864 y 1873 las ecuaciones matemáticas que explican la naturaleza de los campos magnéticos y eléctricos. De esta forma, las ecuaciones de Maxwell proporcionaron una explicación de las propiedades de la electricidad y el magnetismo. Específicamente, estas ecuaciones muestran:

• cómo una carga eléctrica produce un campo eléctrico,
• cómo las corrientes producen campos magnéticos, y
• cómo cambiando un campo magnético se produce un campo eléctrico.

Las ecuaciones de onda de Maxwell sirvieron también para mostrar que cambiando un campo eléctrico se crea una onda electromagnética auto-propagante con componentes eléctricos y magnéticos.

Fenómenos electromagnéticos

Orientación espacial

La brújula es un instrumento que data desde aproximadamente 200 años antes de Cristo. Se fundamenta en la orientación de una aguja de un metal imantado hacia el norte geográfico.

Algunos animales y otros seres vivos pueden detectar el campo magnético de la Tierra y de esta forma orientarse en el espacio.

Las auroras boreales y australes

El campo magnético de la Tierra funciona como una barrera protectora contra el bombardeo de partículas ionizadas de alta energía que emana del Sol (mejor conocido como el viento solar). Estas son desviadas a las regiones polares, excitando átomos y moléculas de la atmósfera. Las luces características de las auroras (boreales en el hemisferio norte y australes en el hemisferio sur) son el producto de la emanación de energía cuando los electrones excitados regresan a su estado basal.

Bibliografías

https://www.youtube.com/watch?v=_lrWIogPNFo

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https://www.fundacionendesa.org/es/recursos/a201908-que-es-el-electromagnetismo

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