Magnetismo Y Electromagnetismo

Universidad Autónoma Chapingo

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Magnetismo y Electromagnetismo

Índice

Electrodinámica

Introducción y Antecedentes

1.1Dinamica relativista

1.1.1 Introducción

1.1.2 Electromagnetismo y relatividad

1.1.3 Postulados de la relatividad restringida

1.1.4 Ordenación espacial y temporal

1.1.5 Simultaneidad local

1.1.6 Ordenación espacial de un suceso en un sistema

1.1.7 Medidas

1.1.8 Invarianza manifiesta de las leyes

1.1.9 Espín

1.1.10 Átomo

1.2 Fundamentos de la electrodinámica

1.2.1 Introducción

1.2.2 Electrodinámica clásica

1.2.3 Lagrangiano clásico y energía

1.2.4 electrodinámica cuántica (qed)

1.2.5 Predicciones de la qed

1.3 Mecánica clásica

1.3.1 Introducción a la mecánica clásica

1.3.2 Amper

1.3.3 Corriente eléctrica

1.3.4 Medición de la intensidad de la corriente eléctrica

1.3.5 Resistores

1.3.6 Asociación de resistencias

1.3.7 Ley de Ohm

1.3.8 Representación gráfica de la Ley de Ohm

1.3.9 Enlaces

1.3.10 Velocidad de la luz

1.4 Aplicaciones

1.5 Anexos

2. Electromagnetismo y sus aplicaciones

Introducción y Antecedentes

2.1 Electromagnetismo: una rama de la física general

2.2 Ramas del electromagnetismo

2.2.1 Electricidad

2.2.2 Electrostática

2.2.3 Magnetos tatica

2.2.4 Electrodinámica

2.3 Aplicaciones del electromagnetismo

2.3.1 Arpa laser

2.3.2 Designado láser

2.3.3 El transformador eléctrico

2.3.4 El motor eléctrico

2.3.5 Satélite laser ranking

2.3.6 Antena

3. Inducción electromagnética

Introducción y Antecedentes

3.1 Inducción electromagnética

3.2 Fuerza electromotriz

3.3 Tensión (electricidad)

3.4 Potencial eléctrico

3.4.1 Trabajo eléctrico y energía potencial

3.4.2 Diferencia de potencial eléctrico

3.4.3 Campo eléctrico uniforme

3.4.4 Campo eléctrico no uniforme

3.4.5 Definición matemática

3.4.6 Potencial debido a una carga puntual

3.4.7 Potencial debido a dos cargas puntuales

3.4.8 Potencial eléctrico generado por una distribución discreta de cargas

3.4.9 Potencial eléctrico generado por una distribución continúa de carga

3.4.10 Potencial generado por un plano infinito

3.4.11 Esfera conductora

3.4.12 Ley de Faraday

3.4.13 Flujo magnético

4. Magnetismo

Introducción y Antecedentes

4.1Magnetismo

4.2 La fuerza del magnetismo

4.2.1 Magnetismo terrestre

Magnetismo planetario

4.2.3 Campo magnético del Sol

4.2.4 Variación secular

4.3 Teoría moderna del magnetismo

4.4 Teoría electromagnética

4.5 Fuerzas magnéticas

4.5.1 Fuerzas magnéticas entre distribuciones de corriente

4.6 Ley de gauss para el magnetismo

4.7 Teorema de Ampere

4.8 Ley de Lorentz

4.9 Ley de Biot y Savart

4.9.1 Motor eléctrico

4.10 Atracciones y repulsiones magnéticas entre corrientes

4.11 Aplicaciones conjuntas del campo eléctrico y el magnetismo

4.11.1 Magnetismo contra la depresión

4.11.2 Metabolismo y depresión

4.12 Usos del magnetismo

4.13 El biomagnetismo

ELECTRODINÁMICA

INTRODUCCION Y ANTECEDENTES

En 1831, luego de una larga serie de experimentos, Michael Faraday encontró una relación nueva entre efectos eléctricos y magnéticos. Se sabía, luego de los trabajos de Oersted y Ampere, entre otros, que una corriente eléctrica (un campo eléctrico) crea efectos magnéticos. Faraday estaba convencido de la simetría en las leyes de la naturaleza, y de la observación de la inducción electrostática y la "inducción" de efectos magnéticos por corrientes eléctricas creía que un campo magnético debía crear efectos eléctricos. Sin embargo, la relación era más sutil: son las variaciones en el tiempo del campo magnético las que crean un campo eléctrico.

Albert Einstein desarrolló la relatividad especial merced a un análisis de la electrodinámica. Durante finales del siglo XIX los físicos se percataron de una contradicción entre las leyes aceptadas de la electrodinámica y la mecánica clásica. En particular, las ecuaciones de Maxwell predecían resultados no intuitivos como que la velocidad de la luz es la misma para cualquier observador y que no obedece a la invariancia de Galileo. Se creía, pues, que las ecuaciones de Maxwell no eran correctas y que las verdaderas ecuaciones del electromagnetismo contenían un término que se correspondería con la influencia del éter lumínico.

Después de que los experimentos no arrojasen ninguna evidencia sobre la existencia del éter, Einstein propuso la revolucionaria idea de que las ecuaciones de la electrodinámica eran correctas y que algunos principios de la mecánica clásica eran inexactos, lo que le llevó a la formulación de la relatividad especial.

Unos quince años antes del trabajo de Einstein, Wiechert y más tarde Liénard, buscaron las expresiones de los campos electromagnéticos de cargas en movimiento. Esas expresiones, que incluían el efecto del retardo de la propagación de la luz, se conocen ahora como potenciales de Liénard-Wiechert. Un hecho importante que se desprende del retardo, es que un conjunto de cargas eléctricas en movimiento ya no puede ser descrito de manera exacta mediante ecuaciones que sólo dependa de las velocidades y posiciones de las partículas. En otras palabras, eso implica que la función matemática a partir de la cual se pueden obtener la evolución temporal, las leyes de conservación y otras propiedades importantes de un sistema físico debe contener dependencias de los "grados de libertad" internos del campo.

1.1 DINAMICA RELATIVISTA

1.1.1 Introducción

Este tomo se dedica al estudio del campo electromagnético dentro del marco de la relatividad especial por lo que, a modo de introducción, comienza con una revisión de los aspectos básicos de la cinemática y la dinámica relativistas.

El cuerpo fundamental de la Física está constituido por la Mecánica y el Electromagnetismo, la primera desarrollada principalmente por Galileo y Newton y el segundo por Faraday y Maxwell. La aplicación al electromagnetismo de los conceptos clásicos de espacio y tiempo, concretados en las transformaciones cinemáticas de Galileo, presenta dificultades esenciales que fueron soslayadas por Einstein (1905) al encuadrar ambas disciplinas dentro de su Teoría de la Relatividad Restringida. La Teoría General de la Relatividad, desarrollada posteriormente, incluye a la anterior como caso particular.

La Relatividad General es válida a escala cósmica e incluye al campo gravitatorio además del electromagnético.

La Relatividad Especial, o Restringida, es aplicable a “pequeñas regiones del universo tales que el espacio-tiempo, que en la teoría general es curvo, pueda aproximarse como plano. A diferencia de la anterior, no incluye al campo gravitatorio en su estructura interna.

Ambas teorías imponen un límite a la velocidad de propagación de las interacciones y tienen a la Relatividad de Galileo como límite de baja velocidad, como exige el principio de correspondencia.

La teoría de la relatividad suele calificarse de “clásica”, en cuanto a que no es cuántica y, en consecuencia, basa sus descripciones en el concepto de trayectoria continua (línea del universo de la partícula). No obstante, tiene el mismo grado de modernidad que la cuántica y como ella, dista de ser cerrada y definitiva. A pesar de los esfuerzos realizados, no parece cercana la consecución de una teoría unificada que contemple de forma coherente a todas las estructuras e interacciones de la naturaleza.

1.1.2 Electromagnetismo y Relatividad

El electromagnetismo en el vacio puede expresarse mediante un conjunto de ecuaciones de campo, las de Maxwell, más la ley de fuerza de Lorentz. Maxwell deduce en principio dichas ecuaciones basándose en un modelo mecánico del “Ether luminífero”, medio hipotético a través del cual se supone que se propaga la interacción electromagnética, aunque más tarde, en vista a las dificultades conceptuales impuestas por los modelos posibles del “Ether”, prescinde de este para enunciar sus leyes de forma análoga a como hoy la conocemos.

La forma de esta ecuación, como es fácil comprobar, no es invariante frente a las transformaciones de Galileo, debido a que en ella aparece la velocidad de la luz. Como cualquier otra velocidad, esta se transforma según la ley de composición de velocidades, al pasar a otro sistema de referencia. Si las transformaciones de Galileo son aplicables a las leyes de Maxwell, la forma de estas últimas es variable y debe ser posible la medida de los distintos valores de la velocidad de la luz cuando se cambia de sistema inercial. En particular, debe ser posible medir la velocidad de la Tierra con respecto al sistema privilegiado del Ether, o sistema absoluto, en el cual dichas ecuaciones tienen la forma canoníca usual y con respecto al cual la luz se propaga con velocidad.

La controversia suscitada en

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