Se muestra que la dirección de la línea magnética es de norte a sur y la de la línea eléctrica es de positivo a negativo. ¿Cómo sabemos nosotros/los científicos que las líneas imaginarias de fuerza o el campo van de esto a aquello, cuál es el significado de esta dirección?
No me des definiciones matemáticas que ya conozco; quiero el significado fundamental de esto.
Es totalmente una convención.
La dirección del campo eléctrico es la dirección en la que una carga positiva aceleraría si se colocara allí. Una carga negativa aceleraría en la dirección opuesta. Estas cosas se determinaron produciendo objetos cargados eléctricamente y midiendo en qué dirección se mueven. Las cargas iguales se repelen y las opuestas se atraen, por lo que el campo eléctrico debe apuntar de las cargas positivas a las negativas, ya que ése es el sentido en el que una carga positiva quiere moverse.
Pero nuestras etiquetas para las cargas "positivas" y "negativas" son completamente arbitrarias. La observación de que existen dos tipos de cargas se hizo en el siglo XVIII; la etiquetas de "positivo" para la carga del pelo y "negativo" para la carga de la goma cuando se encuentran es totalmente arbitraria. Si los hubiéramos intercambiado, sólo habría una gran diferencia en el mundo: no habría gente diciéndoles a los electricistas que "en realidad, la corriente de la pila va del borne negativo al positivo" para que suspendieran el examen de primeros circuitos cuando estudiaran física con un físico. Electrones en un circuito de CC sí recorren los cables desde el borne negativo de la batería hasta el positivo; pero el actual definido como el flujo de positivo carga, va en sentido contrario al flujo de electrones. Cualquiera de las dos convenciones está bien; el problema es mezclarlas.
Hay otra capa de complicación cuando se piensa en los campos magnéticos: el producto cruzado y el regla de la derecha . Faraday descubrió que el campo magnético alrededor de un hilo conductor de corriente forma círculos. Tenemos que asignar una dirección a ese campo. La convención es que si cogemos el cable con la mano derecha, de forma que el pulgar vaya en la dirección de la corriente, el campo magnético apunta en la dirección de los dedos. Cuando vayas a calcular un campo magnético fuerza se utiliza la regla de la derecha de nuevo . Si vinieras de un país en el que nadie tuviera mano derecha, y utilizaras la izquierda para todos los productos cruzados, encontrarías exactamente las mismas magnitudes y direcciones para todos los observables físicos del electromagnetismo, como fuerzas, aceleraciones y energías. Las corrientes paralelas se atraen magnéticamente; las corrientes antiparalelas se repelen.
La transformación matemática en la que se cambian los signos de todas las cargas del universo se denomina "conjugación de cargas" o $C$ . La transformación matemática en la que se pasa de una regla de la derecha a una regla de la izquierda se denomina "paridad" o $P$ . El electromagnetismo no cambia en absoluto bajo $C$ y $P$ - las direcciones de los campos electromagnéticos son de tu elección, siempre que seas coherente. Sin embargo, los universo es no sin cambios en C o P estamos hechos de protones cargados positivamente, no de antiprotones cargados negativamente, y las partículas en desintegración débil nacen con giros a la izquierda, y no a la derecha. Hasta que no empieces a preguntarte por la interacción débil, las direcciones de los campos no importan en absoluto.
La dirección es arbitraria. Dibujamos líneas de campo eléctrico con la dirección de positivo a negativo, pero podría ser igualmente de negativo a positivo.
Una línea de campo es la trayectoria que seguiría una carga de prueba si se le permitiera moverse libremente. Así, una carga positiva de prueba seguiría una línea de campo eléctrico de positivo a negativo, mientras que una carga negativa de prueba seguiría la línea de campo de negativo a positivo. Hacer que la dirección sea de positivo a negativo es sólo una convención.
Lo mismo ocurre con las líneas de campo magnético, aunque esto es hipotético, ya que no existen monopolos magnéticos.
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