maxwell y electromagnetismo

Teoría Electromagnética de

Maxwell

Maxwell creía que todo el espacioestaba lleno de una sustanciaelectromagnética invisible, unaespecie de éter, por el que seexpandían las fuerzas. Lo imaginabacomo las celdillas de un panal deabejas, y por su interior discurría laenergía. Introdujo la idea decampos de energía. La causa detodo magnetismo era unmovimiento de carga eléctrica.

Maxwell se dio cuenta deque un campo eléctrico nosolo puede ser producidopor una carga eléctrica,sino también por un campomagnético variable.Pensando inversamente,los campos magnéticospodían ser producidos porcampos eléctricos variablesy no solo por corrienteseléctricas.

Teoría Electromagnética de Maxwell

Predicciones de Maxwell

• La existencia de ondas electromagnéticas que se propagan a la velocidad de la luz.

• Las ondas electromagnéticas son emitidas por cargas eléctricas aceleradas.

Espectro Electromagnético

Conjunto de ondas electromagnéticas que seencuentran ordenados de acuerdo a su longitud deonda (λ) y frecuencias .

Características Ondas Electromagnéticas

• Estas ondas no necesitan un medio material para propagarse.

• Algunas de este tipo son la luz visible, las ondas de radio, las de televisión y las de telefonía.

• Todas se propagan en el vacío a una velocidad constante muy alta, pero no infinita (300.000 km/s).

Parámetros de las Ondas

Electromagnéticas

• La amplitud

• Velocidad de propagación

• Longitud de onda

• Periodo

• Frecuencia

Amplitud (A) Longitud de onda (λ)

• Es el valor de la máxima perturbación que alcanza un elemento respecto de su posición de equilibrio.

• Es la distancia entre dos crestas consecutivas, en otras palabras describe lo larga que es la onda

Periodo (T) Frecuencia (v)

• Es la distancia entre dos crestas consecutivas, en otras palabras describe lo larga que es la onda

• Es la cantidad de ciclos de la señal que se completan en un segundo. •La unidad de medida de la frecuencia es el Hertz (Hz). •Un Hertz es igual a un ciclo

Velocidad de Propagación

Para las ondas electromagnéticas la velocidad de propagación en el vació se considera constante y se representa por “c” (c= 300,000km/s)

Tipos de Ondas Electromagnéticas

• Ondas de radio

• Microondas

• Ondas infrarrojas

• Luz visible

• Ondas ultravioletas

• Rayos X

• Rayos gamma

Ondas de Radio

Las ondas de radio suelen ser utilizadas mediante antenas del tamaño apropiado (según el principio de resonancia), con longitudes de onda en los límites de cientos de metros a aproximadamente un milímetro. Se usan para la transmisión de datos, a través de la modulación. La televisión, los teléfonos móviles, las resonancias magnéticas, o las redes inalámbricas y de radio-aficionados, son algunos usos populares de las ondas de radio.

Microondas

La frecuencia super alta (SHF) y la frecuencia extremadamente alta (EHF) de las microondas son las siguientes en la escala de frecuencia. Las microondas son ondas los suficientemente cortas como para emplear guías de ondas metálicas tubulares de diámetro razonable. La energía de microondas se produce con tubos klistrón y tubos magnetrón, y con diodos de estado sólido como los dispositivos Gunn e IMPATT. Las microondas son absorbidas por la moléculas que tienen un momento dipolar en líquidos.

Ondas InfrarrojasLas ondas infrarrojas están en la mitad inferior del rango de frecuencias del espectro EM, entre las microondas y la luz visible. El tamaño de las ondas infrarroja va desde unos pocos milímetros hasta longitudes microscópicas. Los rayos infrarrojos de mayor frecuencia producen calor e incluyen a la radiación emitida por el fuego, el sol y otros objetos que producen calor. Los rayos infrarrojos de frecuencia más corta no producen mucho calor y se usan en controles remotos y tecnologías de imagen.

Luz Visible

Las ondas de luz visible son radiación que puedes ver con el ojo desnudo. Las distintas frecuencias de luz visibles son percibidas por las personas como los colores del arco iris. Las frecuencias van desde las más pequeñas, percibidas como rojo, hasta las más altas, que se detectan como tonos violeta.

Ondas Ultravioletas

Radiación cuya longitud de onda es más corta que el extremo violeta del espectro visible. Al ser muy energética, la radiación ultravioleta puede romper enlaces químicos, haciendo a las moléculas excepcionalmente reactivas o ionizándolas, lo que cambia su comportamiento. Las quemaduras solares, por ejemplo, están causadas por los efectos perjudiciales de la radiación UVen las células de la piel, y pueden causar incluso cáncer de piel si la radiación daña las moléculas de ADN complejas en las células (la radiación UV es un mutágeno).

Rayos x

Los rayos X son ondas de mucha energía con longitudes de onda de entre 0,03 y 3 nanómetros, no mucho más grandes que un átomo. Los rayos X son emitidos por fuentes a temperaturas muy altas como la corona solar, que está mucho más caliente que la superficie del sol. Las fuentes naturales de rayos X incluyen fenómenos cósmicos de enorme energía como los púlsares, las supernovas y los agujeros negros.

Rayos Gamma

Los rayos gamma son las ondas EM de mayor frecuencia, y son emitidos sólo por los objetos cósmicos más energéticos como los púlsares, las estrellas de neutrones, las supernovas y los agujeros negros. Las fuentes terrestres incluyen los relámpagos, las explosiones nucleares y la fisión radiactiva. Los rayos gamma pueden destruir las células vivas, pero la atmósfera terrestre absorbe cualquier radiación gamma que alcanza al planeta.

Ecuaciones de Maxwell

Son cuatro las ecuaciones de Maxwell o ecuaciones del campo electromagnético que representan de forma matemática las leyes de Coulomb, Biot y Savart, Ampere y Faraday-Henry.

1ª ecuación: Ley de Gauss para el campo eléctrico.

Describe el flujo del vector intensidad de campo E a través de una superficie. Permite describir cómo las líneas de campo se dirigen hacia las cargas negativas o salen de las positivas. Su fundamento experimental es la ley de Coulomb.

2ª ecuación: Ley de Gauss para el campo magnético.

Describe el flujo del vector inducción magnética a través de una superficie cerrada. Corresponde a la evidencia experimental de que las líneas del campo magnético no divergen ni convergen en ningún punto del espacio, es decir, no existen polos magnéticos aislados.

3ª ecuación: Ley de Faraday-Henry.

Es la generación de un campo eléctrico por un campo magnético variable. Su fundamento experimental es el fenómeno de la inducción magnética.

4ªecuación: Ley de Ampère-Maxwell.

Establece la relación cuantitativa entre el campo magnético y las corrientes que lo producen. Maxwell la amplió de modo que recogiera también la producción del campo magnético por un campo eléctrico variable.