Física

Modelo de onda para radiación electromagnética.


Alrededor de 1860, Maxwell desarrolló cuatro ecuaciones que básicamente sintetizan el comportamiento de los fenómenos eléctricos y magnéticos.


Maxwell

Las ecuaciones de Maxwell sugieren que el campo eléctrico y el campo magnético se propagan simultáneamente. Por lo tanto, este conjunto de ecuaciones nos permite hacer algunas inferencias, entre ellas:

  • un campo eléctrico variable en el tiempo induce la aparición de un campo magnético;
  • Un campo magnético variable en el tiempo induce la aparición de un campo eléctrico.

Por lo tanto, si se generan un campo eléctrico y un campo magnético, ambas variables en el tiempo, una podrá soportar la existencia de la otra, de modo que tanto la coexistencia como la propagación serán perfectamente posibles. Al propagar, estos dos campos constituyen el radiación electromagnéticacomo ondas de radio, luz visible, microondas, rayos X, etc.

Debido a su comportamiento ondulatorio, la radiación electromagnética también se llamaondas electromagnéticas (OEM). Heinrich Hertz demostró experimentalmente en 1887 la existencia de OEM generando y detectando ondas de radio en su laboratorio.


Heinrich Hertz

Según la teoría de Maxwell para el electromagnetismo, los OEM se producen mediante cargas eléctricas de rápido movimiento. Un ejemplo de la aplicación de este principio son las antenas de transmisión de radio, que generan sus ondas a partir de electrones oscilantes. Al realizar un movimiento de frecuenciaf, un electrón (o una partícula cargada eléctricamente) emite un OEM cuya frecuencia tambiénf.

En la figura a continuación, podemos ver una representación simplificada de cómo se propaga un pulso electromagnético: un OEM plano.

Además de variar en el tiempo, los campos eléctricos y magnéticos son perpendiculares entre sí y en la dirección de propagación.

Un OEM no necesita un medio material para propagarse (como ondas mecánicas, por ejemplo). Por lo tanto, existe la posibilidad de que se propague en el vacío. Maxwell calculó la velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas en el vacío incluso antes de saber que la luz era un OEM. La expresión matemática que nos da el valor de esta velocidad,c, viene dado por:

Donde:

ε0= 8.85x10-12 F / m (permitividad eléctrica al vacío);

μ0= 4πx10-7 T.m / A (permeabilidad magnética al vacío);

c = 2.99792x108 m / s (velocidad de la luz).

Los resultados anteriores se aplican tanto al vacío como al aire, y coinciden con la velocidad de la luz obtenida experimentalmente en el aire. En base a esto, Maxwell concluyó que la luz visible también era un OEM.

Es importante destacar que los OEM no interactúan con los campos eléctricos y magnéticos que atraviesan. De esta manera, la luz no se desvía cuando pasa cerca de un cuerpo electrificado o un polo magnético.