¿Cómo aparece el campo magnético de un alambre como campo eléctrico, cuando el alambre es neutro?

Question

Es bien sabido que la fuerza electromagnética depende del marco.

Estaba leyendo un libro, dice

Si una carga se mueve en paralelo a un cable conductor de corriente, se ejercerá una fuerza magnética sobre la carga. Pero si empezamos a mover con la carga a la misma velocidad, entonces es en reposo para el marco de movimiento, sino que experimentará la fuerza de nuevo y ya que ambos marcos ( estacionaria y el uno en movimiento) no tiene aceleración w.r.t entre sí por lo que la aceleración de la carga será el mismo en ambos marcos, pero la razón de esta aceleración en el marco de movimiento, ya que no hay campo magnético debe ser un campo eléctrico

Mi pregunta es que es bien sabido que el cable que transporta corriente es neutro, así que ¿cómo puede haber un campo eléctrico en el marco móvil y si está ahí, entonces ¿cuál es el origen de este campo?

Como se ha marcado como posible duplicado, quiero aclarar que quiero una respuesta intuitiva. Hay escrito que un cable conductor de corriente en movimiento aparecerá como carga. ¿Cómo es posible si el cable es neutro? Soy nuevo en electrodinámica así que lo siento si hago malas preguntas.

Answer 1

La respuesta corta es contracción de longitud . En el sistema de referencia en reposo, el cable portador de corriente parece neutro, pero esto ya no es así si el cable se observa desde un sistema de referencia que se mueve a lo largo de la dirección de la corriente, porque

• el cable contiene componentes de diferentes cargas que se mueven a diferentes velocidades,
• cada uno de esos componentes experimentará una cantidad diferente de contracción de longitud, porque las velocidades relativas al nuevo marco son diferentes,
• esas contracciones de longitud afectarán a la densidad de carga aparente observada por el nuevo marco de referencia,
• y, por tanto, la densidad de carga total será distinta de cero, como se observa en el nuevo sistema de referencia.

Esa densidad de carga distinta de cero generará entonces un campo eléctrico, que atraerá o repelerá la carga (antes en movimiento, ahora estacionaria).

Para una exposición detallada de esta transformación, lo mejor es consultar la obra de Ed Purcell Electricidad y magnetismo ; para una toma condensada, este vídeo de Veritasium y MinutePhysics es una buena introducción. Para más información sobre este tema en este sitio, véase los resultados de la búsqueda aquí y, en particular Cómo la Relatividad Especial causa el magnetismo , corriente en el hilo + relatividad especial = magnetismo , Relatividad especial y electromagnetismo , Necesidad de claridad sobre la explicación de la relatividad y el magnetismo , Cómo la Relatividad Especial causa el magnetismo , ¿Es el campo magnético debido a una corriente eléctrica un efecto relativista? , y las numerosas preguntas en su Linked y Related barras laterales a la derecha.

Answer 2

Lo importante es darse cuenta de que el cable sólo es neutro en un sistema de referencia. En otros marcos está cargado. Esto es fácil de ver a la inversa: si tienes una cierta densidad de carga $\rho$ en un marco donde está en reposo, entonces en un marco donde se está moviendo hay claramente una densidad de corriente $J$ también.

Resulta que también funciona a la inversa, aunque no sea tan evidente. $\rho$ y $J$ tienen la misma relación que $t$ y $x$ en relatividad. Hay $\rho$ "dilatación" y $J$ "contracción".

Cabe destacar que la cantidad $\rho^2-J^2$ es invariante (en unidades donde c=1). Así pues $J$ cambios en diferentes fotogramas, $\rho$ también debe cambiar para mantenerla invariable. Esto lleva a que el hilo conductor de corriente neutro en un fotograma esté cargado en cualquier otro fotograma.