Es la parte de la física que estudia conjuntamente los fenómenos físicos en los cuales intervienen cargas eléctricas en reposo y en movimiento, así como los relativos a los campos magnéticos y a sus efectos sobre la materia en sus diversos estados sólida, líquida y gaseosa.
El electromagnetismo estudia la interrelación entre los campos eléctrico y magnético. Toda carga eléctrica en movimiento crea a su alrededor un campo magnético, con propiedades similares a las de un imán, y a su vez todo campo magnético ejerce una fuerza sobre los conductores por los que circula una corriente eléctrica o la crea en éstos cuando varía el flujo de líneas magnéticas que los atraviesa. De ello se deduce que la energía eléctrica puede ser transformada en trabajo mecánico (motor eléctrico) y que la energía mecánica puede convertirse en electricidad (fenómeno de inducción magnética).
Aquí encontramos que los fenómenos eléctricos y magnéticos se unen en una sola teoría, que se resumen en cuatro ecuaciones vectoriales que relacionan campos eléctricos y magnéticos conocidas como las ecuaciones de Maxwell.
Las ecuaciones de Maxwell son un conjunto de cuatro ecuaciones, originalmente 20 ecuaciones, que describen por completo los fenómenos electromagnéticos. La gran contribución de James Clerk Maxwell (1831-1879) fue reunir en estas ecuaciones largos años de resultados experimentales, debidos a Coulomb, Gauss, Ampere, Faraday y otros, introduciendo los conceptos de campo y corriente de desplazamiento, y unificando los campos eléctricos y magnéticos en un solo concepto: el campo electromagnético.
Estas ecuaciones formuladas alrededor del año 1850 dicen esencialmente que:
- Existen portadores de cargas eléctricas, y las líneas del campo eléctrico parten desde las cargas positivas y terminan en las cargas negativas.
- No existen portadores de carga magnética; por lo tanto, el número de líneas del campo magnético que salen desde un volumen dado, debe ser igual al número de líneas que entran a dicho volumen.
- Un imán en movimiento, o, dicho de otra forma, un campo magnético variable, genera una corriente eléctrica llamada corriente inducida.
- Cargas eléctricas en movimiento generan campos magnéticos.
2.- ¿Cuáles son las cantidades fuentes del modelo electromagnético?
Las cantidades del modelo electromagnético se dividen en dos categorías generales: cantidades fuentes y cantidades de campo. Las cantidades fuentes básicas son: carga eléctrica, densidad de carga y densidad de corriente.
- La carga eléctrica:
Es una propiedad fundamental de la materia, la denotamos con el símbolo q. Únicamente existe en múltiplos enteros positivos o negativos de la carga electrón (-e), y la abreviatura de la unidad de carga es C, el coulomb que la unidad que se le asignara para la carga eléctrica.
Un coulomb es una unidad muy grande para la carga eléctrica pues se requieren:
El principio de la conservación de la carga eléctrica establece que la carga eléctrica se conserva; es decir, no se crea ni se destruye. Es una ley de la naturaleza y no puede derivarse de otros principios o relaciones. Las cargas eléctricas pueden moverse de un lugar a otro y redistribuirse bajo la influencia de un campo electromagnético, pero la suma algebraica de las cargas negativas y positivas en un sistema cerrado (aislado) no cambia. El principio de conservación de carga eléctrica debe satisfacer en todo momento y en todas las circunstancias.
- Densidad de carga:
La carga eléctrica en sentido microscópico existe o no existe en un punto de manera discreta, estas variaciones abruptas a escala atómica no tienen importancia al considerar el efecto electromagnético de grandes conjuntos de cargas. Al construir una teoría electromagnética macroscópica o a gran escala, encontramos que se obtienen resultados muy buenos al usar la densidad media aislada. Se define una densidad volumétrica de carga ρv, como una cantidad fuente, de la siguiente manera:
Donde ∆q es la cantidad de carga en un volumen muy pequeño ∆v, en el que ∆v debe ser lo suficientemente pequeño para representar una variación precisa de ρv, pero lo suficientemente grande como para contener gran número de cargas discretas.
En algunas situaciones físicas podemos identificar una cantidad de carga ∆q con un elemento de superficie ∆s, o un elemento de línea ∆ℓ. Para estos casos será más conveniente definir una densidad superficial de carga (ρs), o una densidad lineal de carga (ρℓ)
Excepto en algunas situaciones especiales, las densidades de carga varían de un punto a otro; por consecuente ρv, ρs y ρℓ son, términos generales, funciones puntuales de las coordenadas espaciales.
- Densidad de corriente:
Es una función puntual vectorial denominada con la letra J que mide la cantidad de corriente que fluye por un área unidad normal a la dirección del flujo de la corriente. La letra J es un vector cuya magnitud es la corriente por unidad de área (A/m²) y su dirección es la del flujo de corriente.
3.- ¿A partir del concepto de carga puntual, qué se entiende por función puntual? ¿Es la densidad de carga una función puntual?
Se entiende por función puntual cuando las densidades de carga ρv, ρs y ρℓ tomadas en coordenadas espaciales, en algunas ocasiones especiales varían de un punto a otro. La densidad de carga es una función puntual solo cuando las densidades ρv, ρs y ρℓ varían de un punto a otro como explicamos anteriormente.
4.- ¿Cuáles son las 4 unidades fundamentales en el sistema MKS del electromagnetismo?
Hay 4 cantidades de campo vectoriales fundamentales estas son: intensidad de campo eléctrico E, densidad de flujo eléctrico o desplazamiento eléctrico D, densidad de flujo magnético B e intensidad de campo magnético H.
Cantidades Fundamentales del campo electromagnético en el sistema MKS
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| Cantidad de campo | Símbolo | Unidad |
| Campo Eléctrico | Intensidad de campo eléctrico | E | V/m |
| Densidad de flujo eléctrico o desplazamiento eléctrico | D | C/m² | |
| Campo Magnético | Densidad de flujo magnético | B | T = Vs/m² |
| Intensidad de campo magnético | H | A/m |
Algunas aplicaciones del electromagnetismo:
- Trenes de levitación magnética: Estos trenes no se mueven en contacto con los rieles, sino que van “flotando” a unos centímetros sobre ellos debido a una fuerza de repulsión electromagnética. Esta fuerza es producida por la corriente eléctrica que circula por unos electroimanes ubicados en la vía de un tren, y es capaz de soportar el peso del tren completo y elevarlo.
- Timbres: Al pulsar el interruptor de un timbre, una corriente eléctrica circula por un electroimán creado por un campo magnético que atrae a un pequeño martillo golpea una campanilla interrumpiendo el circuito, lo que hace que el campo magnético desaparezca y la barra vuelva a su posición. Este proceso se repite rápidamente y se produce el sonido característico del timbre.
- Motor eléctrico: Un motor eléctrico sirve para transformar electricidad en movimiento. Consta de dos partes básicas: un rotor y un estator. El rotor es la parte móvil y esta formado por varias bobinas. El estator es un imán fijo entre cuyos polos se ubica la bobina. Su funcionamiento se basa en que al pasar la corriente por las bobinas, ubicadas entre los polos del imán, se produce un movimiento de giro que se mantiene constante, mediante un conmutador, generándose una corriente alterna.
- Transformador: Es un dispositivo que permite aumentar o disminuir el voltaje de una corriente alterna. Esta formado por dos bobinas enrolladas en torno a un núcleo o marco de hierro. Por la bobina llamada primario circula la corriente cuyo voltaje se desea transformar, produciendo un campo magnético variable en el núcleo del hierro. Esto induce una corriente alterna en la otra bobina, llamada secundario, desde donde la corriente sale transformada. Si el numero de espiras del primario es menor que el del secundario, el voltaje de la corriente aumenta, mientras que, si es superior, el voltaje disminuye.
