Qué es Electromagnetismo:

 El electromagnetismo es el análisis de las cargas y la relación entre electricidad y magnetismo. La electricidad y el magnetismo son puntos de un exclusivo fenómeno físico estrechamente unidos por el desplazamiento y atracción de las cargas en la materia.

 La rama de la física que estudia la relación entre los fenómenos eléctricos y magnéticos además se sabe como electromagnetismo.

 El término "electricidad" ha sido iniciativa por el inglés William Gilbert (1544-1603) desde el griego elektron (especie de ámbar que interesa objetos una vez que se frota con numerosas sustancias). Sin embargo, "magnetismo" posiblemente nació de una zona turca con yacimientos de magnetita imantada (Magnesia), donde residía una vieja tribu griega exitosa como los Magnetes.

 No obstante, ha sido hasta 1820 que Hans Christian Oersted (1777-1851) consigue mostrar el impacto de una corriente eléctrica sobre la conducta de una brújula, naciendo de esta forma el análisis del electromagnetismo. 

Conceptos básicos de electromagnetismo

Los imanes y la electricidad fueron objeto de fascinación de la raza humana a partir de constantemente. Su abordaje inicial tomó cursos diferentes que llegaron a un punto de encuentro a fines del siglo XIX. Para lograr comprender de que va el electromagnetismo, repasemos ciertos conceptos básicos 

Carga eléctrica

 La carga eléctrica es una propiedad importante de las partículas que conforman la materia. La base de cada una de las cargas eléctricas se basa en la composición atómica. El átomo reúne en el núcleo protones positivos, y rodeando al núcleo se mueven electrones negativos. Una vez que el número de electrones y protones es igual, poseemos un átomo con carga neutra. Una vez que el átomo gana un electrón queda con una carga negativa (anión), y una vez que pierde un electrón queda con carga positiva (catión).

 Entonces es considerada la carga del electrón como la unidad elemental o quanta de la carga eléctrica. Esta es equivalente a 1,60 x 10 -19 coulomb (C), que es la unidad de medida de las cargas, en honor al físico francés Charles Augustin de Coulomb.

 Campo eléctrico y campo magnético

 Un campo eléctrico es un campo de fuerza que circunda a una carga o partícula cargada. En otras palabras, una partícula cargada perjudica o lleva a cabo una fuerza sobre otra partícula cargada que esté en las inmediaciones. El campo eléctrico es una porción vectorial representada por la letra E cuyas unidades son voltio por metro (V/m) o newton por coulomb (N/C).

 Sin embargo, el campo magnético se genera una vez que hay un flujo o desplazamiento de cargas (una corriente eléctrica). Tenemos la posibilidad de mencionar entonces que es la zona en donde trabajan las fuerzas magnéticas. De esta forma, un campo eléctrico circunda cualquier partícula cargada, y el desplazamiento de la partícula cargada crea un campo magnético.

 Cada electrón en desplazamiento genera un pequeño campo magnético en el átomo. Para la mayor parte de los materiales, los electrones se mueven en diferentes direcciones por lo cual los campos magnéticos se anulan. En ciertos recursos, como el hierro, el níquel y el cobalto, los electrones se mueven en una dirección predilecto, produciendo un campo magnético neto. Los materiales de esta clase son denominados ferromagnéticos.

 Imanes y electroimanes

 Un imán es el resultado de la alineación persistente de los campos magnéticos de los átomos en una pieza de hierro. En un trozo ordinario de hierro (u otro material ferromagnético) los campos magnéticos permanecen orientados al azar, por lo cual no actúa como un magneto. La característica clave de los imanes es que tienen 2 polos: norte y sur.

 Un electroimán radica de una pieza de hierro en una bobina de alambre por medio de la cual se puede hacer pasar una corriente. Una vez que la corriente está encendida, los campos magnéticos de cada átomo que conforman la pieza de hierro se alinean con el campo magnético producido por la corriente en la bobina de alambre, incrementando la fuerza magnética.

 Inducción electromagnética

 La Inducción electromagnética, descubierta por Joseph Henry (1797-1878) y Michael Faraday (1791-1867), es la producción de electricidad mediante un campo magnético en desplazamiento. Al hacer pasar un campo magnético por una bobina de alambre u otro material conductor, se causa un flujo de carga o corriente una vez que el circuito está cerrado.

 La inducción electromagnética es la base de los generadores y básicamente de toda la potencia eléctrica producida en el planeta. 

Aplicaciones del electromagnetismo

 El electromagnetismo es la base del manejo de los dispositivos eléctricos y electrónicos que utilizamos diariamente.

 Micrófonos

 Los micrófonos tienen una fina membrana que vibra como contestación a un ruido. Unida a la membrana está una bobina de alambre que pertenece a un imán y que se mueve con la membrana. El desplazamiento de la bobina por medio del campo magnético convierte las ondas sonoras en corriente eléctrica que se transfiere a un altavoz y se amplifica.

 Generadores

 Los generadores utilizan energía mecánica para generar energía eléctrica. La energía mecánica puede provenir del vapor de agua, desarrollado por la combustión de combustibles fósiles, o de la caída de agua en las plantas hidroeléctricas.

 Motor eléctrico

 Un motor usa energía eléctrica para crear energía mecánica. Los motores de inducción utilizan corriente alterna para transformar la energía eléctrica en energía mecánica. Dichos son los motores utilizados típicamente en los artefactos domésticos, como ventiladores, secadores, lavadoras y licuadoras.

 Un motor de inducción radica de una sección giratoria (rotor) y una sección estacionaria (estátor). El rotor es un cilindro de hierro con unas ranuras a lo extenso a las cuales se fijan unas aletas o barras de cobre. El rotor está encerrado en un contenedor de bobinas o espiras de alambre conductor por medio del cual se hace pasar corriente alterna, convirtiéndose en electroimanes.

 El paso de la corriente alterna por medio de las bobinas crea un campo magnético que paralelamente induce una corriente y un campo magnético en el rotor. La relación de los campos magnéticos en el estátor y el rotor causa una torsión en el rotor permitiendo que se logre hacer un trabajo.

 Maglev: ferrocarriles que levitan

 Los ferrocarriles levitados magnéticamente emplean el electromagnetismo para levantarse, guiarse y propulsarse por una vía particular. Japón y Alemania son pioneros en la utilización de dichos ferrocarriles como medio de transporte. Hay 2 tecnologías: la suspensión electromagnética y la suspensión electrodinámica.

 La suspensión electromagnética se fundamenta en las fuerzas de atracción entre potentes electroimanes en la base del ferrocarril y de la vía ferromagnética. La fuerza magnética se acomoda para que el ferrocarril se mantenga suspendido sobre la vía, en lo que es impulsado por un campo magnético que viaja hacia adelante por relación de magnetos laterales en el ferrocarril.

 La suspensión electrodinámica se fundamenta en la fuerza repulsiva entre magnetos en el ferrocarril y un campo magnético inducido en la vía férrea. Esta clase de ferrocarriles requiere ruedas para lograr conseguir una rapidez crítica, parecido a los aviones una vez que van a despegar.

 Diagnósticos doctores

 La imagen por resonancia magnética es una de las tecnologías de más grande efecto en la medicina actualizada. Se basa en el impacto de fuertes campos magnéticos sobre los núcleos de hidrógeno del agua corporal. 

Fenómenos electromagnéticos

Muchos de los fenómenos electromagnéticos que conocemos son consecuencia del campo magnético de la Tierra. Este campo se genera por corrientes eléctricas en el interior del planeta. La Tierra entonces se asemeja a una gran barra magnética dentro de la misma, donde el polo norte magnético se encuentra en el polo sur geográfico y el polo sur magnético corresponde al polo norte geográfico.

Orientación espacial

La brújula es un instrumento que data desde aproximadamente 200 años antes de Cristo. Se fundamenta en la orientación de una aguja de un metal imantado hacia el norte geográfico.

Algunos animales y otros seres vivos pueden detectar el campo magnético de la Tierra y de esta forma orientarse en el espacio. Uno de las estrategias de orientación es por medio de células u órganos especializados que contienen cristales de magnetita, un mineral de óxido de hierro que mantiene un campo magnético permanente.

Las auroras boreales y australes

El campo magnético de la Tierra funciona como una barrera protectora contra el bombardeo de partículas ionizadas de alta energía que emana del Sol (mejor conocido como el viento solar). Estas son desviadas a las regiones polares, excitando átomos y moléculas de la atmósfera. Las luces características de las auroras (boreales en el hemisferio norte y australes en el hemisferio sur) son el producto de la emanación de energía cuando los electrones excitados regresan a su estado basal.

Maxwell y la teoría del electromagnetismo

James Clerk Maxwell dedujo entre 1864 y 1873 las ecuaciones matemáticas que explican la naturaleza de los campos magnéticos y eléctricos. De esta forma, las ecuaciones de Maxwell proporcionaron una explicación de las propiedades de la electricidad y el magnetismo. Específicamente, estas ecuaciones muestran:

• cómo una carga eléctrica produce un campo eléctrico,
• cómo las corrientes producen campos magnéticos, y
• cómo cambiando un campo magnético se produce un campo eléctrico.

Las ecuaciones de onda de Maxwell sirvieron también para mostrar que cambiando un campo eléctrico se crea una onda electromagnética auto-propagante con componentes eléctricos y magnéticos. El trabajo de Maxwell unificó las áreas de la física aparentemente separadas de la electricidad, el magnetismo y la luz.