Campo electromagnético

Un campo electromagnético es un campo físico, de tipo tensorial, producido por aquellos elementos cargados eléctricamente, que afecta a partículas con carga eléctrica.

Así un observador en movimiento relativo respecto al sistema de referencia medirá efectos eléctricos y magnéticos diferentes, que un observador en reposo respecto a dicho sistema.

[2]​ Desde la perspectiva de la física clásica en la historia del electromagnetismo, el campo electromagnético puede considerarse como un campo suave y continuo, que se propaga de forma ondulatoria.

El campo cuantizado sigue siendo espacialmente continuo, pero sus estados energéticos son discretos y múltiplos enteros de

Clásicamente, se considera que los campos eléctricos y magnéticos son producidos por movimientos suaves de objetos cargados.

Por ejemplo, los átomos metálicos de un radiotransmisor parecen transferir energía continuamente.

Esta visión es útil hasta cierto punto (radiación de baja frecuencia), sin embargo, se encuentran problemas a altas frecuencias (véase catástrofe ultravioleta).

[3]​ Se puede pensar en el campo electromagnético de una forma más "gruesa".

Los experimentos revelan que en algunas circunstancias la transferencia de energía electromagnética se describe mejor como transportada en forma de paquetes llamados quanta con una frecuencia fija.

donde h es la constante de Planck, y f es la frecuencia del fotón.

Aunque la óptica cuántica moderna nos dice que también existe una explicación semiclásica del efecto fotoeléctrico-la emisión de electrones desde superficies metálicas sometidas a radiación electromagnética-, el fotón se ha utilizado históricamente (aunque no necesariamente) para explicar ciertas observaciones.

Esta imagen cuántica del campo electromagnético (que lo trata como análogo a osciladores armónicos) ha tenido mucho éxito, dando lugar a la electrodinámica cuántica, una teoría cuántica de campos que describe la interacción de la radiación electromagnética con la materia cargada.

En el pasado, se pensaba que los objetos cargados eléctricamente producían dos tipos de campo diferentes, no relacionados, asociados a su propiedad de carga.

Un campo eléctrico se produce cuando la carga está estacionaria con respecto a un observador que mide las propiedades de la carga, y un campo magnético además de un campo eléctrico se produce cuando la carga se mueve, creando una corriente eléctrica con respecto a este observador.

Con el tiempo, se llegó a la conclusión de que los campos eléctrico y magnético son dos partes de un todo mayor: el campo electromagnético.

[5]​ En 1831, Michael Faraday hizo la observación seminal de que los campos magnéticos variables en el tiempo podían inducir corrientes eléctricas y luego, en 1864, James Clerk Maxwell publicó su famoso artículo "Una teoría dinámica del campo electromagnético".

[6]​ Una vez que este campo electromagnético se ha producido a partir de una distribución de carga dada, otros objetos cargados o magnetizados en este campo pueden experimentar una fuerza.

Si estas otras cargas y corrientes son comparables en tamaño a las fuentes que producen el campo electromagnético anterior, entonces se producirá un nuevo campo electromagnético neto.

Así pues, el campo electromagnético puede considerarse como una entidad dinámica que provoca el movimiento de otras cargas y corrientes, y que también se ve afectada por ellas.

El comportamiento del campo electromagnético puede dividirse en cuatro partes diferentes de un bucle:[7]​ Un malentendido común es que (a) los cuantos de los campos actúan de la misma manera que (b) las partículas cargadas, como los electrones, que generan los campos.

Esos campos pueden entonces afectar a la fuerza sobre, y pueden entonces mover otras partículas cargadas que se mueven lentamente.

Las partículas cargadas pueden moverse a velocidades relativistas cercanas a las velocidades de propagación del campo, pero, como demostró Albert Einstein[cita requerida], esto requiere enormes energías de campo, que no están presentes en nuestras experiencias cotidianas con la electricidad, el magnetismo, la materia y el tiempo y el espacio.

El bucle de retroalimentación se puede resumir en una lista, incluyendo los fenómenos que pertenecen a cada parte del bucle:[cita requerida] Una partícula de carga

Para el caso más general, se hace referencia a la electrodinámica cuántica.

En electrodinámica clásica y sobre todo en teoría de la relatividad el campo electromagnético se representa por un tensor 2-covariante y anti-simétrico, cuyas componentes son aquellas que en cada sistema de referencia se reflejan como parte eléctrica y parte magnética del campo:

El valor del campo en un punto no está necesariamente definido.

Si se considera un punto del espacio tiempo y se considera una región arbitrariamente pequeña en torno a él, puede calcularse el límite de la expresión anterior a medida que la región tiende a cero.

Esto se corresponde con el hecho de que en general debido al principio de incertidumbre no es posible determinar el valor del campo en un único punto, sino solo su promedio en una pequeña región.

Cuando dos regiones del espacio-tiempo A y B están desconectadas causalmente, es decir, ninguna pertenece al futuro causal de la otra, entonces sus respectivos operadores de campo electromagnético conmutan:

La intensidad del campo eléctrico se mide en voltios por metro (V/m).