Matematicas

Física I, ICF‐058, Ingenierías Civiles 

Universidad de La Frontera  Facultad de Ingeniería, Ciencias y Administración  Departamento de Ciencias Físicas    CAMPO GRAVITATORIO, ELÉCTRICO Y MAGNÉTICO  l      1.     Fenómenos electromagnéticos y el concepto de campo 

Las  interacción  electromagnética,  es  la  mejor  comprendida  de  la  naturaleza  y  probablemente  la  más importante para la vida cotidiana. La mayoría de los fenómenos que observamos incluyendo los procesos químicos  y biológicos son el resultado de interacciones electromagnéticas entre átomos y moléculas.   Al estudiar los fenómenos electromagnéticos, abandonamos la región de la naturaleza, en que las cosas se pueden tocar. Son fenómenos cuyo origen no se observa fácilmente porque la materia es neutra y la explicación  teórica de estos fenómenos requiere del concepto de campo.  La teoría del electromagnetismo es una teoría de campos, y es el ejemplo más desarrollado, mejor conocido,  que establece un modelo apropiado para explicar las interacciones (fuerzas) entre partículas. Hace más 200 años,  los campos eléctricos y magnéticos se consideraban independientes, pero las investigaciones de Oersted, Faraday,  Ampere  y otros,  mostraron  que  estos  dos  campos  dependían  uno  del  otro,  siendo  “casi”  perfectamente  duales.  Esta dualidad persiste, porque existen cargas eléctricas, pero hasta donde se sepa, no existen cargas magnéticas  (monopolos).   El estudio de la electricidad nació con la observación, conocida ya por los Griegos, que un trozo de ámbar frotado atrae pedacitos de paja, mientras que el estudio del magnetismo se remonta a la observación, que piedras  de  magnetita  atraen  al  hierro.  Los  estudios  de  estos  dos  fenómenos  se  desarrollaron  independientemente  hasta  1820, cuando Oersted (1777‐1851) encontró una relación entre éstos al observar que la corriente eléctrica en un  alambre puede afectar la aguja magnética de una brújula.  La  teoría  del  electromagnetismo  fue  desarrollada por  muchos  investigadores,  siendo  uno  de  los  más  importantes Michael Faraday (1791‐1867), pero fue James Clerk Maxwell (1831‐1879) quién estableció las leyes del  electromagnetismo en la forma que actualmente se conoce. Estas leyes llamadas ecuaciones de Maxwell juegan en  el  electromagnetismo  el  mismo  papel  que  las  leyes  de  Newton  del  movimiento  y  de  la  gravitación universal.  Su  alcance es notable, ya que permitieron explicar que la luz es de naturaleza electromagnética, unificando la óptica y  el  electromagnetismo.  Además,  desarrollar  muchas  aplicaciones  tecnológicas  tales  como,  motores,  radio,  televisión, computadores, radar, ciclotrones, telescopios,  etc.  El  propósito  principal  de  esta  unidad  del  curso  de  Física  General,  es  presentar una  descripción  de  los  fenómenos  electromagnéticos  y  gravitatorios  básicos,  mediante  el  concepto  de  campo,  y  su  aplicación  para  la  comprensión  de  situaciones  y  experimentos  considerados  como  esenciales  en  el  desarrollo  de  la  física  y  aplicaciones tecnológicas.      2. Fuentes o manantiales de campo    La teoría de campo, establece que las propiedades de masa y carga de los cuerpos materiales modifican las  características del espacio que los rodea. Así este espacio, adquiere propiedades que le permite actuar sobre otros  cuerpos. Estas propiedades adquiridas por el espacio, es lo que se denomina campo. El cuerpo que genera estas  propiedades  en  el  espacio  que  lo  rodea  se  llama  fuente  de  campo  o  manantial  de  campo.  Así,  una    fuente  con masa genera un campo gravitacional y una carga eléctrica genera un campo eléctrico que se extienden hasta el  infinito. Además, si la carga está en movimiento da  origen a un campo magnético que también tiene un alcance  infinito. Más adelante mostraremos que todos estos campos son magnitudes vectoriales definidas en cada punto  del espacio y el tiempo.   ...