Ingeniero Mecanico

4028502-78105000UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MEDELLÍN
FACULTAD DE CIENCIAS-ESCUELA DE FÍSICA
FÍSICA DE OSCILACIONES ONDAS Y ÓPTICA
MÓDULO # 19: EL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO –TEORÍA CLÁSICA-
Diego Luis Aristizábal R., Roberto Restrepo A.
Profesores, Escuela de Física de la Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín
Temas
Introducción
Sobre la simplificación
Las ecuacionesde Maxwell en forma integral
Las ecuaciones de Maxwell en forma diferencial
Interpretación de las ecuaciones de Maxwell
Pasar de la forma integral a la forma diferencial
La ecuación de onda electromagnética.
Teoría clásica
La Fuerza de Lorentz e interacción de la OEM con la materia.
Taller sobre OEM
Introducción
-635003683000La onda electromagnética (radiación electromagnética, OEM) esuna combinación de campos eléctricos y magnéticos oscilantes y perpendiculares entre sí, que se propagan a través del espacio transportando energía electromagnética de un lugar a otro. A diferencia de las ondas mecánicas, como el sonido, que necesitan un medio material para propagarse, la radiación electromagnética se puede propagar en el vacío. La luz es sólo una muy pequeña porción de las OEM,es decir, del denominado espectro electromagnético, Figura 1.
1381760109601000Maxwell desarrolló unas ecuaciones, actualmente denominadas ecuaciones de Maxwell, de las que se desprende que un campo eléctrico variable en el tiempo genera un campo magnético y, recíprocamente, la variación temporal del campo magnético genera un campo eléctrico: se puede visualizar la radiación electromagnéticacomo dos campos que se generan mutuamente, por eso no necesitan ningún medio material para propagarse. Las ecuaciones de Maxwell también predicen que la velocidad de propagación de estas ondas es la velocidad de la luz, que en el vacío equivale aproximadamente a 300 000 km/s (c); también predice que ellas se propagan perpendicularmente a las oscilaciones del campo eléctrico y magnético que, a suvez, son perpendiculares entre sí, Figura 2. El objetivo de éste módulo es mostrar lo que se afirma en éste párrafo.
310896060706000
-724535-80962500Sobre la simplificación
En los módulos # 16, # 17, # 18 sobre óptica física, sólo se tuvo en cuenta el campo eléctrico de la luz (también conocido con el nombre de campo óptico), en cuyo caso se asimiló éste como si fuera una simple “elongación”,con el fin de facilitar la comprensión de la mayoría de los estudiantes del curso, debido a que no tienen fundamentación en electromagnetismo. Así para la situación de la OEM de la Figura 2, que es una OEM plana y armónica que se encuentra polarizada linealmente en el plano XZ (la polarización la define el campo eléctrico) y que viaja en dirección +Z, se escribiría,

El hecho de que en losmateriales dieléctricos se pueda despreciar los efectos magnéticos será demostrado en éste módulo. Adicionalmente en el módulo ya se expresará explícitamente la naturaleza electromagnética de la luz y en general de todas las OEM, por lo que se escribirán las ecuaciones correspondientes a los dos campos: eléctrico y magnético,



Las ecuaciones de Maxwell en forma integral
En la Tabla 1 seilustran las ecuaciones de Maxwell en el vacío en su forma integral.
Tabla 1
Nombre Ecuación integral
Ley de Gauss del campo eléctrico
Ley de Gauss del campo magnético
Ley de Faraday-Henry (y Lenz)
Ley de Ampere-Maxwell
Si hay ausencia de cargas y corrientes eléctricas, que será el caso que nos interesa en éste módulo para mostrar que las OEM se propagan en vacío completo, las ecuaciones deMaxwell en su forma integral toman la forma de la Tabla 2.

-72009081978500
4009390-78105000Tabla 2
Nombre Ecuación integral
Ley de Gauss del campo eléctrico
Ley de Gauss del campo magnético
Ley de Faraday-Henry (y Lenz)
Ley de Ampere-Maxwell
En las Tablas 1 y 2 los símbolos significan: flujo del campo eléctrico, flujo del campo magnético, circulación del campo eléctrico,...