Campos electromagnéticos frente a radiación electromagnética

Question

Según tengo entendido, la luz es lo que se llama más generalmente "radiación electromagnética", ¿no?
La energía irradiada por una estrella, por una antena, por una bombilla, por tu teléfono móvil, etc. son todos el mismo tipo de energía: energía electromagnética, es decir, fotones que viajan por el espacio.

¿Hasta aquí todo bien? (si no es así, por favor, aclárelo)

Por otro lado, existen esas cosas llamadas "campos electromagnéticos", por ejemplo el campo magnético de la tierra, o el campo magnético alrededor de los imanes, el campo eléctrico alrededor de una carga o esos campos que producen las bobinas y los condensadores.

Esta es mi pregunta:

• ¿Son estas dos cosas (campos electromagnéticos y radiación electromagnética) dos formas de la misma cosa? o son dos fenómenos completamente diferentes?
• Si son cosas diferentes, ¿qué tiene que ver la luz (la radiación) con el electromagtismo?

No pido una respuesta teórica compleja, sólo una explicación intuitiva.

Answer 1

Campo eléctrico

He aquí una forma sencilla de construir un dispositivo para detectar un campo eléctrico.

Coge un globo normal, lleno de aire, y átale una cuerda. Sujétalo por la cuerda. Debería colgar directamente hacia abajo, debido a la fuerza gravitatoria que ejerce sobre él. Sin embargo, al golpear el globo ves que sólo hace falta un pequeño empujón para moverlo. Si experimenta una fuerza constante, por ejemplo debido a un viento ligero y constante, la cuerda del globo apuntará en ángulo. El ángulo de la cuerda del globo es esencialmente un detector de fuerza.

Frota el globo contra tu pelo (o pide prestado el de otra persona si no tienes suficiente). El globo tiene ahora algo de carga. Si lo sujetas por la cuerda, seguirá colgando hacia abajo la mayor parte del tiempo. Sin embargo, si hay un campo eléctrico, el globo se moverá un poco en la dirección del campo eléctrico. La dirección a la que apunta la cuerda indica la dirección del campo eléctrico, y la desviación de la cuerda respecto a la vertical indica la fuerza del campo eléctrico.

Por ejemplo, si sostienes el globo cerca de una pared, o cerca de tu jersey, es probable que empiece a desviarse. Esto indica que la pared o tu jersey están creando un campo eléctrico. (Esto ocurre por inducción electrostática .)

Si se recorren diferentes lugares, se comprueba que la dirección y la fuerza del campo son diferentes en todas partes. Incluso si te quedas en un lugar, puedes comprobar que la dirección y la intensidad del campo cambian con el tiempo. Si haces un conjunto de globos por toda una sala gigante y observas todas sus desviaciones, puedes trazar un mapa de todo el campo eléctrico.

Puedes visualizarlo como un montón de flechas en el espacio, de la misma manera que podrías visualizar la velocidad del aire, que se mueve a diferentes velocidades en diferentes direcciones en todas partes. Sin embargo, las flechas no indican que nada se esté moviendo; sólo indican la desviación que tendría un globo si estuviera allí.

También puedes visualizar el campo eléctrico imaginando que las flechas de todas partes crecen unas dentro de otras, formando líneas. Por ejemplo, aquí está la imagen de wikipedia de las líneas de campo eléctrico para un dipolo (una carga positiva y otra negativa sentadas una cerca de la otra). Nada se mueve en esta imagen.

Campo magnético

Los campos magnéticos son muy parecidos a los campos eléctricos.

Técnicamente, el globo podría detectar un campo magnético moviéndolo de un lado a otro y observando las fuerzas que se ejercen sobre él, pero eso no es práctico. Un detector de campo magnético sencillo es una brújula. Una brújula apunta en la dirección del campo magnético.

También puedes hacerte una idea de la intensidad del campo magnético girando la brújula en círculo. Esto hará que la aguja se balancee de un lado a otro. Cuanto más rápidas sean las oscilaciones, más fuerte será el campo magnético.

Podemos visualizar directamente los campos magnéticos porque pequeñas astillas de hierro pueden actuar como diminutas brújulas. Extendiendo un puñado de ellas alrededor de un imán, podemos ver los contornos de las líneas del campo magnético. Esta es la imagen de la Wikipedia

:

Se trata de un dipolo magnético, y como puedes ver tiene un gran parecido con el dipolo eléctrico.

Relación entre los campos eléctricos y magnéticos

Resulta que los campos eléctricos y magnéticos están relacionados entre sí. Las partículas cargadas crean campos eléctricos. Sin embargo, si esas mismas cargas se ponen en movimiento, crean campos magnéticos. Si intentas utilizar una brújula cerca de un cable que lleva corriente continua, verás cómo la aguja se desvía por el campo magnético creado por las cargas en movimiento del cable.

Además, los campos eléctricos y los campos magnéticos pueden crearse mutuamente según unas reglas matemáticas precisas denominadas Ecuaciones de Maxwell . Cada vez que un campo eléctrico cambia en el tiempo, crea un campo magnético que se "enrosca" a su alrededor (hablando en términos generales - hay que aprender cálculo vectorial para la afirmación precisa). Del mismo modo, un campo magnético cambiante crea un campo eléctrico que se curva a su alrededor de la misma manera. Esto se llama " inducción electromagnética "(y es un uso diferente de la palabra "inducción" que cuando el globo indujo un campo eléctrico en la pared).

Radiación electromagnética

Las reglas para la relación entre los campos eléctricos y magnéticos funcionan de manera que se pueden obtener ondas de propagación de los campos eléctricos y magnéticos que viajan a través del espacio. A grandes rasgos, el campo eléctrico cambiante crea un campo magnético cambiante, que crea un campo eléctrico cambiante, etc., y todo ello se propaga hacia adelante a la velocidad de la luz. Para ver realmente cómo funciona esto, tendrás que aprender las matemáticas.

Para hacer una onda electromagnética, basta con coger algo con carga y agitarlo. Si coges ese globo que frotaste contra tu pelo y empiezas a agitarlo de un lado a otro, estarás creando ondas electromagnéticas (aunque su longitud de onda es de cientos de miles de kilómetros). Si pudieras agitar el globo de un lado a otro aproximadamente un cuatrillón de veces por segundo, verías realmente la luz emitida por el globo. A frecuencias un poco más bajas, se podrían emitir microondas desde él para cocinar la comida o, más bajo aún, escucharlo en la radio.

En cuanto a lo que es una onda electromagnética, no es más que un campo eléctrico y magnético cambiante. Si una onda electromagnética pasara por delante de ti, podrías detectarla con tu globo observando cómo éste vibra de un lado a otro, o con tu brújula de la misma manera. Sin embargo, la mayoría de las ondas electromagnéticas tienen frecuencias demasiado altas como para notarlas con un instrumento tan tosco como un globo o una brújula. En su lugar, detectamos las ondas electromagnéticas con cosas como películas, CCD y antenas.

Answer 2

La radiación electromagnética consiste en ondas de campos eléctricos y magnéticos, pero no todas las configuraciones de campos eléctricos y magnéticos se describen como "radiación". Ciertamente, los campos estáticos, como el campo magnético de la Tierra y los otros campos que describes, no se llaman "radiación".

Existe una definición técnica estándar de la radiación electromagnética, pero a grandes rasgos, pensamos que una configuración de campos electromagnéticos constituye una radiación cuando se ha "desprendido" de su fuente y se propaga por sí misma a través del espacio. Una de las ecuaciones de Maxwell dice, en efecto, que un campo magnético cambiante produce un campo eléctrico. Otra dice que un campo eléctrico cambiante produce un campo magnético. Una onda electromagnética es el resultado de estos dos procesos que producen un flujo constante de energía radiada que persiste lejos de la fuente.

Answer 3

Lo primero que hay que saber, si aún no lo sabes, es que los físicos definen un "campo" como un valor asociado a cada punto del espaciotiempo. El campo electromagnético es un campo tensorial lo que significa que en cada punto del espaciotiempo tiene un valor dado por la tensor electromagnético que es esencialmente un conjunto de 6 números. Sin embargo, estos números no pueden tomar cualquier valor; las formas en que los números cambian a medida que te mueves en el espacio y el tiempo están limitadas por Ecuaciones de Maxwell .

Ahora, se pueden tomar dos de las ecuaciones de Maxwell (en el vacío) y combinarlas para obtener la ecuación de onda que dice que cuando no hay otra materia alrededor, cualquier perturbación en el campo electromagnético se propagará en forma de onda. Una perturbación que se propaga en el campo electromagnético es lo que llamamos radiación electromagnética.

Answer 4

Las ondas electromagnéticas son un caso especial de campos electromagnéticos que se caracterizan por una dependencia temporal y espacial sincrónica de las componentes perpendiculares del campo eléctrico y magnético.

¡Uf! Demasiadas palabras.

Dicho esto, vale la pena estudiar los campos eléctricos aislados, los campos magnéticos aislados, los efectos combinados de los campos estáticos tomados en conjunto y el comportamiento de las ondas porque todos estos casos se dan en problemas reales.

Answer 5

Las radiaciones electromagnéticas forman parte de los campos electromagnéticos.

Hay todo tipo de campos electromagnéticos. Por ejemplo, los campos eléctricos estacionarios entre placas paralelas totalmente cargadas.

Algunos campos EM se propagan. Viajan por el espacio. Estos campos son periódicos, son ondas EM viajeras. Son una solución a la ecuación de onda derivada de las ecuaciones de Maxwell en el espacio libre.

En los viejos tiempos, no sabían de electrones y fotones. Sólo sabían que había algo que se emitía, o se irradiaba. Lo llamaban radiación. Más tarde las clasificaron. Una era la radiación beta, que resultó ser de electrones. Otra era la radiación alfa, que resultó ser átomos de helio. Y otra era la radiación gamma - que resultó ser extraña. No se le podía asociar ninguna masa o carga.

Más tarde, Planck llegó con su teoría cuántica y Einstein con el efecto fotoeléctrico que describe los fotones. Posteriormente se determinó que esta radiación gamma era un fotón de alta energía, que puede describirse como una onda viajera puramente electromagnética en el espacio libre. Así, la radiación gamma se convierte en radiación electromagnética.

Espero que eso ayude.