Electromacnetismo

Tema 2. Ondas electromagnéticas.

2.1. Introducción
2.2 El campo eléctrico

§ El teorema de Gauss eléctrico

2.3 El campo magnético

§ El teorema de Gauss eléctrico

2.4 La ley de inducción magnética o ley de Faraday
2.5 La ley de Ampère
2.6 Las ecuaciones de Maxwell
§ La ecuación de ondas. Velocidad de propagación de las ondas e.m.
§ Propiedades de transversalidad de las ondase.m.
§ El espectro electromagnético.

2.7 Energía de las ondas electromagnéticas
§ Irradiancia

2.8 Polarización de las ondas
2.9 Producción y detección de ondas electromagnéticas
2.10 Más sobre el espectro electromagnético.
Ondas de radio
Microondas
Infrarrojo
Visible
§ Ultravioleta
§ Rayos X
§ Rayos gamma
§
§
§
§

Miguel Antón Revilla
Departamento de Óptica
EUO

1

3.1.Ondas electromagnéticas.
El movimiento ondulatorio representa la propagación de un estado de propagación de la materia o el campo.
En el caso de una onda en el agua, las partículas de agua ejecutan movimientos en torno
a su posición de equilibrio, pero no se trasladan. Lo que se transmite de un punto a otro
es el estado de perturbación de la materia, creado en un instante dado y en un puntodado. En este caso se trata de una onda mecánica.
Las ondas electromagnéticas representan la propagación de un estado de perturbación del
campo electromagnético.
Las ondas de TV son ondas electromagnéticas son producidas por un circuito
electrónico oscilante que acelera cargas eléctricas en una antena.
La idea principal es que si se hace oscilar cargas eléctricas entre los extremos de
unaantena, el campo eléctrico E en las proximidades se altera bruscamente. Este
campo eléctrico variable genera a su vez, en virtud de las leyes de Maxwell, un
campo magnético B, variable, que a su vez, genera otro campo eléctrico variable, y
así sucesivamente.

El resultado de haber creado una perturbación local del campo, es que esta perturbación se propaga de un punto a
otro del espacio,incluso en el vacío.
En lo que sigue veremos cómo a partir de las leyes del electromagnetismo se puede predecir la existencia de ondas
electromagnéticas.

2.2. El campo eléctrico.
La acción entre dos partículas cargadas se puede describir mediante la ley de Coulomb que nos da la fuerza de
atracción o repulsión entre ellas. Esta ley es muy similar a la ley de Newton para la gravitación. Se trata deuna fuerza
de tipo central, dirigida a lo largo de la línea que une las cargas.

Q

F

Q

r QQ ' 1 r
F=
u
2 R
4πε 0 R

R
2

Existe otra manera de describir esta interacción, mucho más interesante, mediante el
concepto de campo eléctrico. Esta idea fue introducida por M. Faraday y consiste en asumir
que la presencia de una partícula cargada modifica las propiedades del espacioque la rodea,
creando a su alrededor un campo eléctrico E. Faraday representó el campo mediante líneas
de fuerza, que serían las trayectorias que seguiría una partícula cargada que entrara en ese
campo.
Aquí se muestran las líneas de fuerza del campo E, sobre una foto real de pequeñas
partículas de carbón electrizadas en torno a una esfera cargada. Obsérvese como las
partículas de carbóncargadas, se sitúan radialmente. Por otra parte, si se coloca una carga
Q1 en el seno de este campo y a una distancia R de la carga Q que lo ha creado, esta carga
Q1 experimentará una fuerza dada por:

r r
F = EQ1

Para que esta expresión sea compatible con la ley de Coulomb, se tiene que
cumplir que el campo eléctrico creado por la carga Q valga

r
E=

E

Q r
uR
4πε 0 R 2

2.2.1.El teorema de Gauss eléctrico.
Podemos preguntarnos ahora cuánto vale el flujo el campo eléctrico creado por una carga a través de una

superficie

esférica centrada en la carga.
El flujo del campo electrico, representará el número de líneas
fuerza que atraviesan la superficie y viene dado por

E

r r
Φ E = ∫∫ EdS

Como el campo es constante en todos los puntos de la
superficie y...