Interacción electromagnética

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La interacción electromagnética es la experimentada por las partículas por el hecho de estar cargadas eléctricamente. Dependiendo de si las partículas cargadas están en reposo o en movimiento se puede diferenciar entre electrostática y magnetismo.

Existen dos tipos de cargas (positiva y negativa). Cargas del mismo signo se repelen y cargas de signos opuestos se atraen, por lo que puede ser una fuerza atractiva o repulsiva, e incluso dar como resultado una fuerza neta neutra sobre una partícula que sí que esté cargada.

Es un tipo de fuerza muchísimo más intensa que la gravitatoria y de alcance infinito al igual que aquella, sin embargo su efecto a largas distancias se ve compensado por la existencia de cargas intermedias de diferentes signos con efectos atractivos o repulsivos, mientras que la gravedad es siempre atractiva. Es por esto que no suele ser la fuerza dominante a grandes escalas, pero sí tiene efectos macroscópicos fácilmente observables como la propagación de diversas señales electromagnéticas (luz, corriente eléctrica, radio…).

Por la misma razón, de forma general, la fuerza electromagnética neta en la mayoría de los cuerpos es neutra o casi neutra. No obstante, debido al restringido alcance de las interacciones nucleares, esta fuerza puede llegar a dominar a distancias muy pequeñas, como es el caso de los átomos y moléculas, permitiendo la formación de los agregados atómicos que dan lugar a los diferentes compuestos químicos. La formación de moléculas está regida por las fuerzas de atracción y repulsión entre núcleos atómicos y electrones de diferentes átomos.

Dentro del átomo es así mismo la fuerza atractiva que hace que los electrones de la corteza giren alrededor del núcleo.

En mecánica cuántica, el campo electromagnético está asociado al fotón, cuyas interacciones con las partículas cargadas son las causantes de todos los fenómenos del electromagnetismo. Las partículas fundamentales interactúan electromagnéticamente mediante el intercambio de fotones entre partículas cargadas. La electrodinámica cuántica proporciona la descripción cuántica de esta interacción, que puede ser unificada con la interacción nuclear débil según el modelo electrodébil.

Tabla de contenidos

Campo electromagnético:

El campo electromagnético es un campo físico que afecta a partículas cargadas.

Es un tensor que se descomponer en dos magnitudes vectoriales, el vector de campo eléctrico y el vector de inducción magnética o campo magnético.

Campo eléctrico:

El campo eléctrico (E) es una propiedad del espacio por la cual una carga eléctrica puntual de valor q sufre los efectos de una fuerza proporcional a la carga de la partícula y a la magnitud del campo eléctrico.

F = q * E

Siendo F y E magnitudes vectoriales.

El campo eléctrico es originado por una distribución de cargas. Es decir, toda carga eléctrica genera un campo que genera una fuerza de atracción sobre cargas del mismo signo y de repulsión sobre cargas de signo contrario a la que origina el campo.

La rama de la física que estudia los fenómenos eléctricos producidos por distribuciones de cargas estáticas, esto es, el campo electrostático de un cuerpo cargado, es la electrostática.

La intensidad de campo eléctrico se mide en voltios por metro (diferencia de potencial entre dos puntos del campo). Un campo eléctrico de un voltio por metro es la intensidad tal que ejerce una fuerza de 1 newton sobre un cuerpo cargado con una cantidad de electricidad de 1 culombio.

Campo magnético:

El campo magnético (B) es una propiedad de espacio por la cual una carga eléctrica puntual de valor q que se desplaza a una velocidad v, sufre los efectos de una fuerza que es perpendicular y proporcional tanto a la velocidad como al campo.

F = q * v x B

Siendo F, v y B magnitudes vectoriales. El aspa indica un producto vectorial, por lo que la fuerza resultante (F) es perpendicular tanto al vector velocidad (v) como al vector del campo (B).

El campo magnético es originado por una corriente eléctrica, es decir, por una carga en movimiento.

La rama de la física que estudia los fenómenos eléctricos producidos por distribuciones de cargas en movimiento es el magnetismo.

La intensidad de flujo magnético (B) se mide en Teslas. Intensidad de flujo magnético es el flujo magnético (líneas de fuerza) que atraviesa una superficie dada.

El flujo magnético (fi) que atraviesa una superficie dada (S) originado por un campo magnético (B) perpendicular a dicha superficie es proporcional al valor del campo y de la superficie.

(fi) = B * S

Así, sometida a los efectos de un campo electromagnético, una partícula cargada y en movimiento sufrirá los efectos de dos fuerzas, la eléctrica y la magnética. Una carga estática, sólo sufre los efectos del campo eléctrico.

Inducción:

Las ecuaciones de Maxwell que explican el campo electromagnético indican que un campo eléctrico en movimiento genera a su vez un campo magnético, que genera a su vez un campo eléctrico... Este mecanismo explica la transmisión de las ondas electromagnéticas en el vacío.

Electromagnetismo en la vida real:

Las aplicaciones técnicas de la interacción electromagnética son innumerables y casi se puede decir que la mayor parte de nuestra tecnología está basada en la electricidad y el magnetismo.

La misma transformación de energía cinética en energía eléctrica a través de un alternador se basa en el fenómeno de inducción. Un campo magnético constante atraviesa una espira movida por un motor que la hace girar. Esto variará el flujo magnético a través del área definida por la espira, lo que inducirá una corriente alterna en la misma.

Electromagnetismo en la ciencia ficción:

El manejo de poderosos campos electromagnéticos es una condición indispensable para la llevar a la práctica algunas tecnologías que aún sólo podemos contemplar en importantes experimentos científicos, pero que son habituales en la ciencia ficción futurista.

Es el caso del confinamiento magnético, necesario para controlar las reacciones de fusión atómica. Numerosas naves espaciales ideadas por autores inquietos necesitan de estos campos para confinar la reacción que alimenta el motor de la nave, reacción que alcanza tales temperaturas que ningún material podría soportarlas.

La estatocolectora utiliza también estos campos para recolectar partículas cargadas en el inmenso espacio casi vacío que el sirvan como combustible. Y las catapultas electromagnéticas consiguen acelerar cargas para situarlas en el espacio gracias a la transformación de la energía eléctrica en cinética.

Pero por supuesto, no podemos olvidar la aplicación militar de la manipulación de los campos magnéticos, lo que da origen a armas tan dispares como el railgun, el cañón de Gauss o los generadores de pulso electromagnético.


Interacciones fundamentales

Interacción Bosón portador Partículas sobre las que actúa Intensidad

(en veces la gravitatoria)

Alcance
Fuerte Gluón quarks y gluones 1039 10-15 metros
Electromagnética Fotón cargadas 1037 ilimitado
Débil Bosones W y Z quarks y leptones 1030 10-18 metros
Gravitatoria Gravitón masa y energía 1 ilimitado
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