La relación entre electricidad y magnetismo

La electricidad y el magnetismo son fenómenos separados pero interconectados asociados con la fuerza electromagnética. Juntos, forman la base del electromagnetismo, una disciplina física clave.

Conclusiones clave: electricidad y magnetismo

• La electricidad y el magnetismo son dos fenómenos relacionados producidos por la fuerza electromagnética. Juntos, forman el electromagnetismo..
• Una carga eléctrica en movimiento genera un campo magnético..
• Un campo magnético induce un movimiento de carga eléctrica, produciendo una corriente eléctrica..
• En una onda electromagnética, el campo eléctrico y el campo magnético son perpendiculares entre sí..

Excepto por el comportamiento debido a la fuerza de la gravedad, casi todos los acontecimientos en la vida diaria se derivan de la fuerza electromagnética. Es responsable de las interacciones entre los átomos y el flujo entre la materia y la energía. Las otras fuerzas fundamentales son la fuerza nuclear débil y fuerte, que gobierna la desintegración radiactiva y la formación de núcleos atómicos..

Dado que la electricidad y el magnetismo son increíblemente importantes, es una buena idea comenzar con una comprensión básica de lo que son y cómo funcionan.

Principios Básicos de Electricidad

La electricidad es el fenómeno asociado con cargas eléctricas estacionarias o móviles. La fuente de la carga eléctrica podría ser una partícula elemental, un electrón (que tiene una carga negativa), un protón (que tiene una carga positiva), un ion o cualquier cuerpo más grande que tenga un desequilibrio de carga positiva y negativa. Las cargas positivas y negativas se atraen entre sí (por ejemplo, los protones son atraídos por los electrones), mientras que las cargas similares se repelen entre sí (por ejemplo, los protones repelen a otros protones y los electrones repelen a otros electrones). 

Ejemplos familiares de electricidad incluyen rayos, corriente eléctrica de un tomacorriente o batería y electricidad estática. Las unidades de electricidad SI comunes incluyen el amperio (A) para la corriente, el culombio (C) para la carga eléctrica, el voltio (V) para la diferencia de potencial, el ohmio (Ω) para la resistencia y el vatio (W) para la potencia. Una carga puntual estacionaria tiene un campo eléctrico, pero si la carga se pone en movimiento, también genera un campo magnético..

Principios básicos del magnetismo

El magnetismo se define como el fenómeno físico producido por la carga eléctrica en movimiento. Además, un campo magnético puede inducir el movimiento de partículas cargadas, produciendo una corriente eléctrica. Una onda electromagnética (como la luz) tiene componentes eléctricos y magnéticos. Los dos componentes de la onda viajan en la misma dirección, pero orientados en ángulo recto (90 grados) entre sí..

Al igual que la electricidad, el magnetismo produce atracción y repulsión entre los objetos. Si bien la electricidad se basa en cargas positivas y negativas, no se conocen monopolos magnéticos. Cualquier partícula u objeto magnético tiene un polo "norte" y "sur", con las direcciones basadas en la orientación del campo magnético de la Tierra. Al igual que los polos de un imán se repelen entre sí (por ejemplo, el norte repele al norte), mientras que los polos opuestos se atraen entre sí (el norte y el sur se atraen).

Ejemplos familiares de magnetismo incluyen la reacción de una aguja de la brújula al campo magnético de la Tierra, la atracción y repulsión de los imanes de barra, y el campo que rodea los electroimanes. Sin embargo, cada carga eléctrica en movimiento tiene un campo magnético, por lo que los electrones en órbita de los átomos producen un campo magnético; hay un campo magnético asociado con líneas eléctricas; y los discos duros y los altavoces dependen de los campos magnéticos para funcionar. Las unidades clave de magnetismo del SI incluyen tesla (T) para densidad de flujo magnético, weber (Wb) para flujo magnético, amperios por metro (A / m) para intensidad de campo magnético y henry (H) para inductancia.

Los principios fundamentales del electromagnetismo

La palabra electromagnetismo proviene de una combinación de las obras griegas. elektron, que significa "ámbar" y magnetis lithos, que significa "piedra de magnesio", que es un mineral de hierro magnético. Los antiguos griegos estaban familiarizados con la electricidad y el magnetismo, pero los consideraban dos fenómenos separados..

La relación conocida como electromagnetismo no se describió hasta que James Clerk Maxwell publicó Un tratado sobre electricidad y magnetismo en 1873. El trabajo de Maxwell incluyó veinte ecuaciones famosas, que desde entonces se han condensado en cuatro ecuaciones diferenciales parciales. Los conceptos básicos representados por las ecuaciones son los siguientes: 

1. Las cargas eléctricas similares se repelen, y a diferencia de las cargas eléctricas se atraen. La fuerza de atracción o repulsión es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos..
2. Los polos magnéticos siempre existen como pares norte-sur. Los postes iguales repelen y atraen a diferencia.
3. Una corriente eléctrica en un cable genera un campo magnético alrededor del cable. La dirección del campo magnético (en sentido horario o antihorario) depende de la dirección de la corriente. Esta es la "regla de la mano derecha", donde la dirección del campo magnético sigue los dedos de la mano derecha si el pulgar apunta en la dirección actual.
4. Mover un bucle de cable hacia o desde un campo magnético induce una corriente en el cable. La dirección de la corriente depende de la dirección del movimiento..

La teoría de Maxwell contradecía la mecánica newtoniana, pero los experimentos demostraron las ecuaciones de Maxwell. El conflicto finalmente se resolvió mediante la teoría de la relatividad especial de Einstein.

Fuentes

• Hunt, Bruce J. (2005). Los maxwellianos. Cornell: Cornell University Press. pp. 165-166. ISBN 978-0-8014-8234-2.
• Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (1993). Cantidades, unidades y símbolos en química física, 2a edición, Oxford: Blackwell Science. ISBN 0-632-03583-8. pp. 14-15.
• Ravaioli, Fawwaz T. Ulaby, Eric Michielssen, Umberto (2010). Fundamentos de electromagnetica aplicada (6ª ed.). Boston: Prentice Hall. pag. 13. ISBN 978-0-13-213931-1.