Campo electromagnético para niños
Un campo electromagnético es una zona en el espacio donde las partículas con carga eléctrica sienten una fuerza. Imagina que es como un área de influencia invisible.
Este campo está formado por dos partes que están muy relacionadas: una parte eléctrica y una parte magnética. La parte eléctrica es creada por cargas eléctricas que están quietas, y la parte magnética es creada por cargas eléctricas que se mueven, es decir, por corrientes eléctricas. Estas dos partes no son completamente separadas; de hecho, lo que un observador ve como eléctrico, otro observador en movimiento podría verlo como una mezcla de eléctrico y magnético.
La forma en que las cargas eléctricas y las corrientes interactúan con el campo electromagnético se explica con unas reglas muy importantes llamadas ecuaciones de Maxwell y la ley de fuerza de Lorentz.
Desde el punto de vista de la física clásica, el campo electromagnético se puede ver como algo suave y continuo que se mueve como una onda, como las ondas de radio o la luz. Pero, desde el punto de vista de la física cuántica, este campo se ve como si estuviera hecho de pequeños "paquetes" de energía llamados fotones. Estos fotones son como los "cuantos" de energía del campo electromagnético.
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Contenido
¿Cómo se Estructura un Campo Electromagnético?
Podemos pensar en el campo electromagnético de dos maneras diferentes: como algo continuo o como algo hecho de partes pequeñas.
El Campo como Algo Continuo
En la física clásica, se cree que los campos eléctricos y magnéticos son producidos por el movimiento suave de objetos con carga. Por ejemplo, si las cargas se mueven de un lado a otro (oscilan), producen cambios en los campos eléctricos y magnéticos que se ven como ondas suaves y continuas. En este caso, la energía se mueve de forma continua a través del campo electromagnético de un lugar a otro. Esto es útil para entender, por ejemplo, cómo funciona un radiotransmisor.
El Campo como Pequeños Paquetes de Energía
Los experimentos nos han mostrado que, en algunas situaciones, la energía electromagnética se mueve en paquetes llamados cuantos. Estos paquetes tienen una frecuencia específica. La energía de un fotón (E) está relacionada con su frecuencia (f) por una fórmula sencilla: Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): {\displaystyle E = \, h f} Aquí, h es la constante de Planck, que es un número muy pequeño pero importante. Esta idea de que el campo electromagnético está hecho de cuantos (fotones) ha sido muy exitosa y ha dado lugar a la electrodinámica cuántica, que es una teoría que explica cómo la luz y la materia cargada interactúan.
¿Cómo se Mueve y Cambia el Campo Electromagnético?
Hace mucho tiempo, se pensaba que los objetos con carga eléctrica producían dos tipos de campos diferentes: uno eléctrico y otro magnético. Se creía que el campo eléctrico aparecía cuando la carga estaba quieta, y el campo magnético cuando la carga se movía.
Pero con el tiempo, los científicos se dieron cuenta de que los campos eléctrico y magnético son en realidad dos partes de un mismo fenómeno: el campo electromagnético. En 1820, el físico danés H. C. Ørsted descubrió que una corriente eléctrica podía mover la aguja de una brújula, mostrando una conexión entre electricidad y magnetismo. Luego, en 1831, Michael Faraday observó que los campos magnéticos que cambian con el tiempo pueden producir corrientes eléctricas. Finalmente, en 1864, James Clerk Maxwell publicó sus famosas ecuaciones que unieron la electricidad y el magnetismo en una sola teoría.
Una vez que el campo electromagnético se ha creado, otros objetos cargados o magnetizados en ese campo pueden sentir una fuerza. El campo electromagnético es una entidad dinámica que no solo afecta a otras cargas, sino que también es afectado por ellas.
El Ciclo del Campo Electromagnético
El comportamiento del campo electromagnético se puede entender como un ciclo de cuatro pasos:
- Las cargas eléctricas en movimiento crean campos eléctricos y magnéticos.
- Los campos eléctricos y magnéticos interactúan entre sí.
- Los campos eléctricos y magnéticos ejercen fuerzas sobre las cargas eléctricas.
- Las cargas eléctricas se mueven en el espacio.
Es importante entender que los "paquetes" de energía del campo (los fotones) se mueven de forma diferente a las partículas cargadas como los electrones. Los electrones se mueven relativamente lento en un cable, pero los campos electromagnéticos (como la luz) se propagan a la velocidad de la luz, que es de aproximadamente 300,000 kilómetros por segundo. Las ecuaciones de Maxwell explican cómo el movimiento de las partículas cargadas genera los campos, y cómo esos campos pueden luego mover otras partículas cargadas.
Este ciclo se puede resumir así:
- Las partículas cargadas generan campos eléctricos y magnéticos.
- Los campos interactúan:
- Un campo eléctrico que cambia crea un "vórtice" de campo magnético.
- Un campo magnético que cambia crea un "vórtice" de campo eléctrico (esto se llama inducción de Faraday).
- Los campos actúan sobre las partículas:
- La fuerza de Lorentz es la fuerza que el campo electromagnético ejerce sobre una carga.
- La fuerza eléctrica va en la misma dirección que el campo eléctrico.
- La fuerza magnética es perpendicular tanto al campo magnético como a la velocidad de la carga.
- La fuerza de Lorentz es la fuerza que el campo electromagnético ejerce sobre una carga.
- Las partículas cargadas se mueven, creando corriente, y el ciclo se repite.
Campo Electromagnético Clásico
Cuando una partícula con carga se mueve en un campo electromagnético, siente una fuerza. Esta fuerza se llama fuerza de Lorentz. El campo electromagnético se describe con dos campos vectoriales: el campo eléctrico y el campo magnético. Aunque se pueden medir por separado, siempre están relacionados. El comportamiento de este campo se describe con las ecuaciones de Maxwell.
Unidades de Medida
- La fuerza del campo eléctrico se mide en voltios por metro (V/m).
- La fuerza del campo magnético se mide en amperios por metro (A/m).
Véase también
En inglés: Electromagnetism Facts for Kids
- Electromagnetismo
- Interacción electromagnética
- Energía electromagnética
- Radiación electromagnética
- Campo eléctrico
- Campo magnético
- Bioelectromagnetismo
