Electromagnetismo: qué es, cómo se genera y para qué sirve

El electromagnetismo es una rama de la física que estudia las interacciones entre las partículas cargadas eléctricamente junto con los campos magnéticos. Se trata de una de las cuatro fuerzas fundamentales del universo, junto con la gravedad, la fuerza nuclear fuerte y la fuerza nuclear débil.

Esta fuerza es responsable tanto de los fenómenos eléctricos como magnéticos y se describe mediante las ecuaciones de Maxwell, que unifican estos dos fenómenos en un solo marco teórico. Ya que toda la materia reacciona ante los campos magnéticos, es importante comprenderlos. Esto es así, porque los electrones presentes en la materia corresponden a pequeños circuitos de corriente sometidos a fuerzas y torques que, ante un campo magnético, pueden cambiar su orientación, trayectoria y energía.

Los campos electromagnéticos son regiones del espacio donde se manifiestan fuerzas eléctricas y magnéticas debido a la presencia de cargas en movimiento o de campos eléctricos variables. Estos campos pueden ser estáticos, como en el caso de un imán permanente, o dinámicos, como en el caso de las ondas electromagnéticas, que incluyen la luz visible, las ondas de radio, los rayos X, entre otros.

Sin embargo, que las partículas cargadas en movimiento generen siempre un campo magnético, no significa que el material a estudiar haya sido afectado por su propio campo magnético. De hecho, una partícula no puede verse afectada por el campo magnético que ella misma genera pues, según las leyes de la física, esta partícula ya estaría sintonizada con su campo, por lo que no sufriría ningún tipo de perturbación de este.

Por tanto, las consecuencias que experimente una partícula debido a un campo magnético vendrán de una fuente externa que afectará de diversa forma al elemento en función de sus características. En las siguientes líneas observaremos los diversos tipos de electromagnetismo que existen.

El electromagnetismo se manifiesta de varias formas, dependiendo de cómo interactúan las cargas y los campos electromagnéticos. Los principales tipos de manifestaciones electromagnéticas incluyen:

• Electrostática: estudia los campos eléctricos generados por cargas en reposo. Un ejemplo típico es el de un globo frotado contra el cabello, que puede atraer pequeños pedazos de papel debido a la acumulación de carga estática. Este proceso se denomina electrificación por fricción.
• Magnetostática: analiza los campos magnéticos producidos por corrientes eléctricas constantes, como los que se generan alrededor de un conductor por el que circula una corriente continua. Los imanes de la nevera generan campos magnéticos estáticos que interactúan con el refrigerador, generándose una fuerza de atracción capaz de mantenerlo pegado sin que se produzcan movimientos ni cambios del campo magnético.
• Electrodinámica: como las ondas electromagnéticas que se propagan a través del espacio, que se enfocan en los campos electromagnéticos que cambian con el tiempo. Este campo incluye la teoría de las ondas de radio, las microondas, los rayos infrarrojos, la luz visible, los rayos ultravioleta, los rayos X y los rayos gamma.

El electromagnetismo se genera principalmente a través de la interacción entre cargas eléctricas en movimiento y los campos electromagnéticos. Cuando una carga eléctrica se mueve, genera un campo magnético a su alrededor y, cuando un campo magnético varía en el tiempo, puede inducir un campo eléctrico.

Este fenómeno de inducción electromagnética es la base del funcionamiento de muchos dispositivos eléctricos, como los generadores y los transformadores. A través de las ecuaciones de Maxwell, que describen matemáticamente cómo los campos electromagnéticos se generan y se modifican entre sí, puede entenderse en comportamiento de estos fenómenos.

Según estas ecuaciones, un campo eléctrico variable en el tiempo crea un campo magnético, y un campo magnético variable en el tiempo genera un campo eléctrico. Este fenómeno es fundamental para la propagación de ondas electromagnéticas.

De esta manera, cuando una antena transmite una señal de radio fluye una corriente eléctrica alterna (variable) a través de ella lo que genera un campo eléctrico que, siguiendo las ecuaciones de Maxwell, genera un campo magnético a su alrededor. A medida que el campo magnético cambia vuelve a generarse un campo eléctrico.

El electromagnetismo tiene aplicaciones en prácticamente todas las áreas de la tecnología moderna y la ciencia. Algunos ejemplos destacados de sus aplicaciones son:

• Comunicaciones: las ondas electromagnéticas son la base de todos los sistemas de comunicación modernos, incluidos los teléfonos móviles, la radio, la televisión y las redes Wi-Fi. Estas tecnologías utilizan diferentes bandas de frecuencia de los campos electromagnéticos para transmitir información a largas distancias.
• Generación y distribución de energía eléctrica: la mayoría de las formas de generación de energía eléctrica, como las plantas hidroeléctricas, eólicas y nucleares, dependen del principio de la inducción electromagnética para convertir la energía mecánica en electricidad.
• Medicina: aquí el electromagnetismo se utiliza en tecnologías de diagnóstico como la resonancia magnética nuclear (RMN) y los rayos X, que permiten obtener imágenes detalladas del interior del cuerpo humano.
• Industria: los motores eléctricos y los generadores, que funcionan basados en los principios del electromagnetismo, son componentes clave en innumerables aplicaciones industriales, desde pequeños electrodomésticos hasta grandes fábricas.

Aunque existen numerosos ejemplos disponibles, en las siguientes líneas se resaltan algunos de los más importantes:

• Imanes y brújulas: los imanes permanentes crean campos magnéticos que pueden atraer o repeler otros imanes y ciertos materiales. Una brújula funciona alineándose con el campo magnético terrestre, que es un ejemplo de un campo magnético a gran escala.
• Cocinas de inducción: utilizan campos electromagnéticos de alta frecuencia para calentar recipientes metálicos. A diferencia de las cocinas convencionales, la inducción calienta directamente el recipiente, lo que es más eficiente.
• Altavoces y micrófonos: funcionan gracias al electromagnetismo. En un altavoz, una corriente eléctrica variable pasa a través de una bobina situada en un campo magnético, generando movimiento y produciendo sonido. Mientras que, en un micrófono, se convierte el movimiento de una membrana en una señal eléctrica, utilizando el principio de inducción electromagnética.

El electromagnetismo es una fuerza omnipresente que tiene un impacto profundo en nuestras vidas diarias y en el funcionamiento del universo. Desde la generación de electricidad hasta las comunicaciones y la medicina, su estudio y aplicación son esenciales para el progreso tecnológico y científico.

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