Camp electromagnètic
Un camp electromagnètic és un camp físic, de tipo tensorial, produït per aquells elements carregats eléctricamente, que afecta a partícules en càrrega elèctrica.[1]
Convencionalment, donat un sistema de referència, el camp electromagnètic es dividix en una "part elèctrica" i en una "part magnètica". No obstant, esta distinció no pot ser universal sino dependent del observador. Aixina un observador en moviment relatiu respecte al sistema de referència medirà efectes elèctrics i magnètics diferents, que un observador en repòs respecte a dit sistema. Açò ilustra la relativitat de lo que es denomina "part elèctrica" i "part magnètica" del camp electromagnètic. Com a conseqüència de lo anterior tenim que ni el "vector" camp elèctric ni el "vector" d'inducció magnètica es comporten genuinamente com a magnituts físiques de tipo vectorial, sino que junts constituïxen un tensor para el que sí existixen lleis de transformació físicament esperables.
El camp pot vore's com la combinació d'un camp elèctric i un camp magnètic. El camp elèctric és produït per càrregues estacionarias i el camp magnètic per càrregues en moviment (corrents); estos dos es descriuen a sovint com les fonts del camp. La forma en que les càrregues i les corrents interactuen en el camp electromagnètic es descriu per mig de les equacions de Maxwell i la llei de força de Lorentz.[2]
Des de la perspectiva de la física clàssica en la història de l'electromagnetisme, el camp electromagnètic pot considerar-se com un camp suau i continu, que es propaga de forma ondulatoria. En canvi, des de la perspectiva de la teoria quàntica de camps, este camp es veu com cuantizado; lo que significa que el camp quàntic lliure (és dir no interactuante) pot expressar-se com la suma de Fourier d'operadors de creació i aniquilació en l'espai energia-moment, mentres que els efectes del camp quàntic interactuante poden analisar-se en teoria de destorbament a través de la matriu S en ajuda d'toda una serie de tècniques matemàtiques com la série de Dyson, Teorema de Wick, funcions de correlació, operador d'evolució temporal, diagrames de Feynman, etc. El camp cuantizado seguix sent espacialmente continu, pero els seus estats energètics són discrets i múltiples sancers de - quants d'energia cridats fotons, creats pels operadors de creació del camp quàntic. En general, la freqüència del camp cuantizado pot ser qualsevol valor per damunt de zero, i per tant el valor del quant d'energia (fotó) pot ser qualsevol valor per damunt de zero, o inclús variar contínuament en el temps.
.
Estructura
[editar | editar còdic]El camp electromagnètic pot considerar-se de dos formes distintes: una estructura contínua o una estructura discreta.
Estructura contínua
[editar | editar còdic]Clásicamente, es considera que els camps elèctrics i magnètics són produïts per moviments suaus d'objectes carregats. Per eixemple, les càrregues oscilantes produïxen variacions en els camps elèctrics i magnètics que poden vore's de forma "suau", contínua i ondulatoria. En este cas, es considera que l'energia es transferix contínuament a través del camp electromagnètic entre dos llocs qualssevol. Per eixemple, els àtoms metàlics d'un radiotransmisor semblen transferir energia contínuament. Esta visió és útil fins a cert punt (radiació de baixa freqüència), no obstant, es troben problemes a altes freqüències (vore catàstrofe ultravioleta).[3]
Estructura discreta
[editar | editar còdic]Es pot pensar en el camp electromagnètic d'una forma més "grossa". Els experiments revelen que en algunes circumstàncies la transferència d'energia electromagnètica es descriu millor com transportada en forma de paquets cridats quanta en una freqüència fixa. La relació de Planck relaciona la energia fotònica I d'un fotó en la seua freqüència f per mig de l'equació:[4]
a on h és la constant de Planck, i f és la freqüència del fotó. Encara que l'òptica quàntica moderna nos diu que també existix una explicació semiclásica del efecte fotoeléctrico-l'emissió d'electrons des de superfícies metàliques someses a radiació electromagnètica-, el fotó s'ha utilisat històricament (encara que no necessàriament) per a explicar certes observacions. S'ha comprovat que l'aument de l'intensitat de la radiació incident (sempre que es permaneixca en el règim llineal) només aumenta el número d'electrons expulsats, i no té casi cap efecte sobre la distribució energètica de la seua expulsió. Només la freqüència de la radiació és rellevant per a l'energia dels electrons expulsats.
Esta image quàntica del camp electromagnètic (que ho tracta com a anàlec a osciladors harmònics) ha tingut molt èxit, donant lloc a la electrodinàmica quàntica, una teoria quàntica de camps que descriu l'interacció de la radiació electromagnètica en la matèria carregada. També dona lloc a la òptica quàntica, que es diferencia de l'electrodinàmica quàntica en que la pròpia matèria es modela utilisant la mecànica quàntica en lloc de la teoria quàntica de camps.
Dinàmica
[editar | editar còdic]
En el passat, es pensava que els objectes carregats eléctricamente produïen dos tipos de camp diferents, no relacionats, associats a la seua propietat de càrrega. Un camp elèctric es produïx quan la càrrega està estacionaria sobre un observador que medix les propietats de la càrrega, i un camp magnètic ademés d'un camp elèctric es produïx quan la càrrega es mou, creant una corrent elèctrica sobre este observador. En el temps, es va aplegar a la conclusió de que els camps elèctric i magnètic són dos parts d'un tot major: el camp electromagnètic. Fins a 1820, quan el físic danés H. C. Ørsted va demostrar l'efecte de la corrent elèctrica sobre l'agulla d'una brúixola, l'electricitat i el magnetisme es consideraven fenomens no relacionats.[5] En 1831, Michael Faraday va fer l'observació seminal de que els camps magnètics variables en el temps podien induir corrents elèctriques i després, en 1864, James Clerk Maxwell va publicar el seu famós artícul "Una teoria dinàmica del camp electromagnètic".[6]
Una volta que este camp electromagnètic s'ha produït a partir d'una distribució de càrrega donada, atres objectes carregats o magnetizados en este camp poden experimentar una força. Si estes atres càrregues i corrents són comparables en tamany a les fonts que produïxen el camp electromagnètic anterior, llavors es produirà un nou camp electromagnètic net. Aixina que, el camp electromagnètic pot considerar-se com una entitat dinàmica que provoca el moviment d'atres càrregues i corrents, i que també es veu afectada per elles. Estes interaccions es descriuen per mig de les equacions de Maxwell i la força de Lorentz.
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ Richard Feynman (1970). The Feynman Lectures on Physics Vol II, Addison Wesley Longman. ISBN 978-0-201-02115-8. «A “field” is any physical quantity which takes on different values at different points in space.»
- ↑ Purcell. p5-11;p61;p277-296
- ↑ Griffiths, David J. (1999). Introducció a l'Electrodinàmica, Upper Saddle River, New Jersey 07458: Prentice Hall, pp. 364. ISBN 0-13-805326-X.
- ↑ Spencer, James N. (2012). Chemistry: Estructura i dinàmica, 5ª edició, Hoboken, N.J.: Wiley, pp. 78. OCLC 659233625. ISBN 978-0-470-58711-9.
- ↑ “Especulació i experiment en el trasfondo del descobriment de l'electromagnetisme per Oersted” . Isis 48 (1): 33-50.
- ↑ Maxwell 1864 5, pàgina 499; també David J. Griffiths (1999), Introducció a l'electrodinàmica, tercera edició, ed., Madrit: J. G.. Prentice Hall, pp. 559-562"(com se cita en Gabriela, 2009)
- Este artícul conté una traducció derivada de «Campo electromagnético» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.