L' electromagnetisme és una força de les més importants, ja que juntament amb la gravitatòria, nuclear forta i nuclear feble, forma part de les Forces Fonamentals de l'Univers, que són aquelles que no es poden explicar en funció d'altres forces més bàsiques. Aquesta força afecta només als cossos carregats amb electricitat, i és la responsable de les transformacions químiques i físiques d'àtoms i molècules. L'electromagnetisme es troba present en el dia a dia, tant en els fenòmens naturals com artificials.
Què és l'electromagnetisme
Taula de Continguts
Quan es parla de el terme electromagnetisme en física, es refereix a la conjunció de fenòmens elèctrics i magnètics, així com la interacció d'ambdues forces. Aquest té efecte sobre líquids, gasos i sòlids.
A la natura l'electromagnetisme té presència a fenòmens com ara en les ones radials provinents de la Via Làctia, la radiació infraroja provinents dels cossos a temperatura ambient, la llum, la radiació ultraviolada derivada de el Sol, la radiació gamma, les aurores boreals i australs, entre d'altres.
D'altra banda, l'aplicació de l'electromagnetisme en la vida quotidiana és diversa. Tal és el cas de la brúixola, el moviment d'agulles és generat pels principis magnètics polars i els elèctrics per la interacció de l'mecanisme i fricció que s'origina. El timbre, la guitarra elèctrica, el motor elèctric, transformadors, microones, pendrives, micròfons, avions, càmeres digitals, cel·lulars, termòmetres, planxes, ecògrafs, mòdems, tomógrafos, són alguns dels objectes més coneguts en els que aquest fenomen pren lloc i que, en aplicacions pràctiques, exemplifica el que és l'electromagnetisme.
Què és el camp electromagnètic
És un camp físic sensorial en el qual interactuen partícules elèctriques produïdes per cossos o objectes carregats elèctricament. En aquest camp, hi ha una quantitat d'energia electromagnètica. Però per comprendre millor el concepte, és important entendre com i per què es genera el camp elèctric i el camp magnètic.
El camp elèctric pren lloc quan hi ha diferències de voltatge i com més elevat sigui el mateix, major camp existirà. Aquest és, doncs, l'espai on les forces elèctriques actuen. Conèixer l'abast de el camp elèctric permetrà conèixer el nivell d'intensitat i què passa amb una càrrega en determinada part de camp, sense importar desconèixer què ho provoca.
Per la seva banda, el camp magnètic, s'origina en els corrents elèctrics, i mentre més gran sigui el corrent, més gran serà el camp. És l'agitació que produeix el imant a la regió al voltant de la mateixa, com l'afecta i cap a quina direcció. És representat per línies de camp que van des de l'exterior de l'pol nord a pol sud de l'imant, i pel seu interior des del pol sud a l'pol nord. Aquestes línies mai es creuessin, de manera que se separen unes de les altres i de l'imam, de forma paral·lela i tangencial a l'adreça de camp en els punts.
Què és l'espectre electromagnètic
És el conjunt d'energies electromagnètiques de les ones, és a dir, a totes les radiacions electromagnètiques que abasten des de les de menor longitud d'ona (raigs X, raigs gamma), la radiació ultraviolada, la llum i la radiació infraroja, fins a les de major longitud (ones radials).
L'espectre d'un objecte o fluid serà la distribució característica de la seva radiació electromagnètica. Hi ha la teoria que el límit de la longitud d'ona més curta és aproximadament la longitud Planck (una mesura de longitud subatòmica) i el límit superior de la longitud d'ona llarga és de la mida de l'univers mateix, encara que l'espectre sigui continu i infinit.
Equacions de Maxwell
James Maxwell va aconseguir formular la teoria electromagnètica, englobant l'electricitat, el magnetisme i la llum com diferents expressions d'un mateix fenomen. A aquesta hipòtesi desenvolupada pel físic se li va denominar Teoria Clàssica de la Radiació Electromagnètica.
Des de temps remots, els científics i les persones observaven amb fascinació els fenòmens electromagnètics, com ara l'electrostàtica, magnetisme i altres manifestacions dins d'aquest camp, però no va ser sinó fins al segle XIX, quan gràcies a la feina de diferents científics, es van aconseguir explicar part de les peces que conformaven el trencaclosques de l'electromagnetisme tal com es coneix avui dia.
Va ser Maxwell qui va unificar totes elles en quatre equacions: la Llei de Gauss, la Llei de Gauss per al camp magnètic, la Llei de Faraday i la Llei d'Ampère generalitzada, que va ajudar a definir què és l'electromagnetisme.
1. La Llei de Gauss: descriu com les càrregues afecten el camp elèctric i estableix que aquestes càrregues són fonts de camp elèctric sempre que siguin positives, o embornals de la mateixa si aquestes són negatives. Per aquest motiu les càrregues iguals tendeixen a repel·lir-i les diferents tendeixen a atreure. Aquesta llei de la mateixa manera estableix que el camp elèctric es debilitarà amb la distància sota la llei quadràtica inversa (la intensitat és inversament proporcional a el quadrat de distància a centre d'origen), i dotant-lo de propietats geomètriques.
2. La Llei de Gauss de l'magnetisme: estableix que ni les fonts ni els embornals ha dins de el camp magnètic, per tant, no hi ha càrregues magnètiques. Davant l'absència de fonts i embornals, els camps magnètics generats per objectes han de tancar-se sobre si mateixos. És per això que, si es dividís per la meitat un imant, el camp magnètic es tancarà a la zona per on va ser tallat, així que s'originaran dos imants amb dos pols cadascun. Això suggereix que els monopols a la terra serien impossibles.
3. La Llei de Faraday: diu que si un camp magnètic es modifica en el temps, això ho activarà tancant. Si el mateix augmenta, el camp elèctric s'orientarà en el sentit de les agulles de l'rellotge, i si disminueix, s'orientarà a l'contrari. Es compleix llavors, que no solament les càrregues i els imants podran influir en els camps, sinó també entre ells, en ambdues direccions.
Dins d'aquesta llei s'observa la inducció electromagnètica, que és la producció de corrents elèctrics per camps magnètics que varien amb el temps. Aquest fenomen produeix força electromotriu o voltatge en un cos exposat a un camp magnètic i, a l'ésser conductor aquest objecte, es produeix el corrent induït.
4. La Llei d'Ampère: explica que un camp elèctric amb càrregues en moviment (corrent elèctric), activen el camp magnètic tancant. El corrent elèctric és molt útil, ja que amb ella es poden crear imants artificials, fent passar aquest element a través d'una bobina i, tenint un camp magnètic, la qual cosa ocasiona que mentre més gran sigui la intensitat del corrent, més s'amplificarà la intensitat de camp magnètic. A aquest tipus d'imant se li denomina electroimant, i la majoria dels camps magnètics al planeta són generats d'aquesta manera.
Branques de l'electromagnetisme
Per comprendre per complet el que és l'electromagnetisme, han de comprendre les diferents manifestacions existents en aquests fenòmens electromagnètics: electrostàtica, magnetostàtica, electrodinàmica i magnetisme.
electrostàtica
L'electrostàtica es refereix a l'estudi dels fenòmens electromagnètics que s'originen en els cossos carregats elèctricament (té excés - càrrega positiva - o falta - càrrega negativa - d'electrons en els àtoms que el componen) en repòs.
Es coneix que si els objectes carregats amb electricitat posseeixen excés d'electrons en els àtoms que els componen, llavors tindran càrrega positiva, i tindran una càrrega negativa quan hi ha deficiència d'aquests.
Aquests cossos exerceixen forces entre si. Quan un objecte carregat és sotmès a un camp pertanyent a un altre objecte carregat, estarà subjecte a una força proporcional a la magnitud de la seva càrrega i la de camp en la seva ubicació. La polaritat de la càrrega de decidir si la força serà atractiva (quan són diferents) o repulsiva (quan són iguals). L'electrostàtica té utilitat per a l'estudi i observació de les tempestes elèctriques.
el magnetisme
És el fenomen pel qual els cossos s'atrauen o repel·leixen depenent de el tipus de càrrega que aquests tinguin. Tots els materials que hi seran més o menys influïts d'acord a la seva composició, però l'únic imant a la naturalesa que es coneix és la magnetita (que és un mineral compost per dos òxids de ferro i té la propietat d'atreure el ferro, acer i altres cossos).
Els imants tenen dues zones on les forces es manifesten amb major magnitud, situades als extrems i se'ls denomina pols magnètics (nord i sud).
La propietat fonamental de la interacció entre imants és que els seus pols iguals es repel·leixen, mentre que els diferents s'atrauen. Això és, perquè aquest efecte es relaciona a les línies de camp magnètiques (de el pol nord a sud), i quan s'aproximen dos contraris, les línies salten d'un pol a l'altre (s'adhereixen) aquest efecte es reduirà a mesura que la distància entre tots dos sigui més gran; quan s'acosten dos pols iguals, les línies es comencen a comprimir cap a la seva mateix pol, i si se'ls comprimeix, les línies s'expandeixen, de manera que tots dos imants no poden apropar-se i es repel·leixen.
la electrodinàmica
Estudia els fenòmens electromagnètics dels cossos carregats en moviment i als camps, tant elèctrics com magnètics variables. Dins de la mateixa, hi ha tres subdivisions: la clàssica, la relativista i la quàntica.
- La clàssica inclou altres efectes, com la inducció i radiació electromagnètica, el magnetisme i la inducció i motor elèctric.
- La relativista estableix que, tenint un observador amb moviment des del seu sistema de referència, mesurarà efectes elèctrics i magnètics diferents d'un mateix fenomen, ja que ni el camp elèctric ni la inducció magnètica es comporten com a magnituds físiques vectorials.
- La quàntica, descriu la interacció entre els bosons (partícules portadores de la interacció) i els fermions (partícules portadores de matèria), i s'utilitza per explicar estructures atòmiques i relacions entre molècules complexes.
la magnetostàtica
És l'estudi dels fenòmens físics en els quals intervenen camps magnètics constants en el temps, és a dir, que han estat produïts per corrents estacionaris. Això inclou l'atracció que l'imam i l'electroimant exerceix sobre el ferro i diferents metalls. Els fenòmens produïts en aquesta àrea es caracteritzen per la creació d'un camp magnètic al voltant de el cos magnetitzat que va perdent intensitat amb la distància.
Què són les ones electromagnètiques
Són les ones que no necessiten un medi material per a la seva propagació, pel que poden viatjar a través de l'buit ia una velocitat constant de 299.792 quilòmetres per segon. Diversos exemples d'aquest tipus d'ones són la llum, el microones, els raigs X i les transmissions de televisió i ràdio.
Les radiacions de l'espectre electromagnètic presenten difracció (desviació a l'aconseguir un objecte opac) i interferència (superposició d'ones), que són les propietats típiques de el moviment ondulatori.
L'aplicació de les ones electromagnètiques ha tingut un fort impacte en el món de les telecomunicacions a l'fer possible la comunicació sense fils a través de les ones de ràdio.
Què és la radiació electromagnètica
És la propagació de les partícules elèctriques i magnètiques oscil·lant, i on cadascuna genera un camp (elèctric i magnètic). Aquesta radiació origina unes ones que poden propagar-se a través d'l'aire i de l'buit: les ones electromagnètiques.
