conceptual

Las Ondas Electromagnéticas se encuentran presentes en cada ambiente donde la alternación de corriente eléctrica es generada. Luz eléctrica representa solo una pequeña porción del espectrum electromagnético que varia desde iones de radiación (ejemplo: Rayos X - Rayos Gamma) hasta iones de no radiación, ondas electromagnéticas de extremadamente baja frecuencia. En realidad, entre estos dos extremos, otros tipos de ondas electromagnéticas están presentes. Estas incluyen frecuencias de radiosondas infrarrojas, luz visible, microondas y rayos ultravioleta. Ondas electromagnéticas también se encuentran naturalmente en el medio ambiente: el sol, los planetas y estrellas, todos irradian ondas electromagnéticas que afectan la vida en el planeta en formas diferentes. Así como otros tipos de energía, ondas electromagnéticas tienen propiedades como duración amplitud, frecuencia y fuerza. La energía que irradia cada aparato disminuye proporcionalmente al incrementar la distancia del mismo aparato.

El uso incrementado de aparatos eléctricos y electrónicos está incrementando el nivel de ondas electromagnéticas en nuestro medio ambiente. Debido a esto estamos enfrentando un incremento en las preocupaciones acerca del potencial y peligroso impacto en el medio ambiente y nuestra salud personal.

La electricidad se trata conjuntamente con el magnetismo porque ambos aparecen generalmente juntos, cuando el primero está en movimiento, el último también está presente.

El fenómeno del magnetismo fue observado desde el principio de la «historia del magnetismo», pero no fue completamente explicado hasta que se desarrolló la idea de la inducción magnética.

El fenómeno de la electricidad fue igualmente observado desde el principio de la «historia de la electricidad», pero no fue completamente explicado hasta que se desarrolló la idea de carga eléctrica.

El conocimiento de la electricidad estática data de las primeras civilizaciones, pero durante milenios ha permanecido como un interesante y misterioso fenómeno, sin una teoría que explique sus fundamentos y a menudo confundida con el magnetismo. En la antigüedad ya conocían las curiosas propiedades que poseían dos minerales, el ámbar y el mineral de hierro magnetita. El primero, cuando se frota atrae cuerpos ligeros, el último tiene el poder de atraer el hierro.

Basándose en su descubrimiento de un artefacto olmeca de hematita en América Central, el astrónomo americano John Carlson ha sugerido que los olmecas pueden haber descubierto y usado la brújula geomagnética de imán antes del 1000 a. C. Si esto es cierto, esto «precede el descubrimiento por los chinos de la brújula geomagnética de imán en más de un milenio». Carlson especula que los olmecas pueden haber utilizado artefactos similares como dispositivo direccional para astrología o para propósitos geománticos, o para orientar sus templos, las viviendas de los vivos o los enterramientos de los muertos. La primera literatura china referente al «magnetismo» se encuentra en un libro del siglo 4 a. C. llamado Libro del Maestro del Valle del Diablo (鬼谷子): «El imán hace venir al hierro o se atrae a sí mismo.»

El descubrimiento del ámbar y otras sustancias similares en la antigüedad sugiere que la posible percepción de la electricidad por el hombre prehistórico. El roce accidental contra las pieles con las que se vestían puede haber causado una atracción por la resina, que quedó electrificada, quedando la piel marcada en un grado suficiente como para llamar su atención. Sin embargo, entre la simple observación del hecho, y la realización de cualquier deducción a partir de él, pudieron haber transcurrido grandes períodos, pero llegó un momento en el pasado, en el que el ámbar se vio como una sustancia extraña inanimado que podría influir o incluso atraer hacia sí otras cosas; y esto por su aparente capacidad propia, y no a través de cualquier conexión o unión mecánica que se extiende desde el ámbar hacia ellos; entonces es cuando se reconoció, en resumen, que la naturaleza ayuda a que una cosa sin vida, muestre un atributo de vida.

Mucho antes de que existiera ningún conocimiento acerca del electromagnetismo, la gente ya era consciente indirectamente de los efectos de electricidad. El relámpago, y otras manifestaciones de las electricidad, ya fueron conocidos por los filósofos antiguos, pero ningún pensamiento estaba más alejado que el que estas manifestaciones tenían un origen común. Los antiguos egipcios eran conscientes de descargas cuando se entraba en contacto con peces eléctricos (como el Malapterurus electricus) u otros animales (como la anguila eléctrica). Las descargas de animales eran evidentes a observadores de la prehistoria para una variedad de pueblos que entraron en contacto con ellos. Textos antes del 2750 aC de los antiguos egipcios, se refieren a este pez como «truenos del Nilo», y los vieron como «protectores» de todos los otros peces.5 Posiblemente las primeras y más próximas aproximaciones al descubrimiento de la identidad del relámpago, y la electricidad de alguna otra fuente, debe ser atribuido a los árabes, quienes ya antes del siglo XV tenían la palabra árabe para el relámpago (raad) aplicada al rayo eléctrico

Según escribió Tales de Mileto, alrededor del 600 aC, señaló que una forma de electricidad ya fue observada por los antiguos griegos que podía causar una particular atracción por frotamiento de piel sobre varias sustancias, como el ámbar. Tales de Mileto escribió sobre el efecto actualmente conocido como electricidad estática. Los griegos notaron que los botones de ámbar podrían atraer objetos ligeros como el pelo y que si ellos se frotaba el ámbar durante bastante tiempo podría incluso saltar una chispa. Durante esta época en la alquimia y la filosofía natural, se pensaba que podría existir un medio material llamado «éter», una sustancia que llena el espacio o campo.

Los fenómenos electrostáticos fueron otra vez relatados mil años más tarde por los romanos y los naturalistas y físicos islámicos. Varios escritores antiguos, como Plinio el Viejo y Escribonio Largo, atestiguaron el efecto adormecedor de las descargas eléctricas del Malapteruridae y la raya torpedo. Plinio en sus libros escribe: «Los antiguos Toscanos aprendieron que hay nueve dioses que envían relámpagos de once clases.» Esta era en general la temprana idea pagana de relámpago. Los antiguos desarrollaron el concepto de que las descargas podrían viajar a lo largo de objetos conductores.Los pacientes que sufren enfermedades como la gota o dolor de cabeza fueron dirigidas a tocar peces eléctricos con la esperanza de que la fuerte sacudida podría curarlos .

Una serie de objetos encontrados en Irak en 1938 datados en los primeros siglos a.C. (Mesopotamia Sasánida), llamados la Batería de Bagdad, se asemeja a una pila galvánica y algunos creen que se han utilizado para la galvanoplastia.16 Las reivindicaciones son causa de controversia debido a la evidencia que las soporta y a las teorías sobre el uso de los artefactos. Después de laSegunda Guerra Mundial, Willard Gray demostró la producción de corriente eléctrica mediante del diseño de la batería cuando está llena de zumo de uva. W. Jansen experimentó conbenzoquinona (algunos escarabajos producen quinonas) y vinagre en una celda y obtuvo un rendimiento satisfactorio pruebas físicas de los objetos conductores para funciones eléctricas, y si eran eléctricos en la naturaleza. Por consiguiente la naturaleza de estos objetos se basó en la especulación, y la función de estos artefactos permanece en duda. Desde la Antigüedad se conocen las propiedades de la magnetita (Fe3O4) Thales de Mileto intentó explicar este fenómeno pero con un concepto insuficiente de la materia, incapaz de separar los conceptos de materia y fuerza. Atribuía el magnetismo a la presencia de un alma en la piedra imantada Sócrates (470-399 a.C.) observó que atraía objetos de hierro y les transfería propiedades atractivas, consiguiendo suspender una ristra de anillos de un solo imán.

Leyendas chinas hablan de su uso como brújula (83 a.C) que marca el sur y en un libro militar del 1084 se describe como fabricar una brújula.

Podemos definir un imán como una sustancia capaz de ejercer una atracción sobre el hierro y algunas otras sustancias, que llamaremos sustancias férricas. La fuerza que ejercen los imanes depende de la distancia; si separamos el imán del hierro disminuye la fuerza con que lo atrae, que aumenta cuando lo acercamos. Los imanes pueden ser naturales o artificiales. La magnetita es un imán natural. Algunos imanes son permanentes y otros temporales. Los primeros mantienen sus propiedades magnéticas a lo largo del tiempo (Acero) y los segundos solo actúan como imanes en determinadas circunstancias (Hierro dulce), el empleo de los imanes en navegación se remonta por lo menos al siglo XI.

En 1269, Pierre de Maricourt, al dar forma esférica a un imán y aproximarle pequeñas agujas de acero, comprobó que estas se orientaban sobre su superficie de un modo determinado en cada punto. Al dibujar las líneas que sugerían dichas orientaciones, encontró que se cortaban en dos puntos opuestos de la esfera, justo donde se mantenía la aguja vertical. También observó que esos puntos se orientaban siempre al norte y al Sur. Los llamo Polo Norte y Polo Sur y comprobó que al acercar dos polos iguales entre sí, los imanes se repelen y si son opuestos se atraen.

En 1600, William Gilbert, postuló que la Tierra actuaba como un potente imán esférico. Las brújulas se orientaban hacia los polos magnéticos terrestres. Afirma que los trozos de imán se comportan también como imanes, es decir, sabemos que hay cargas eléctricas aisladas, pero no existen polos magnéticos aislados, siempre hay imanes (dipolos completos), nunca un polo norte o sur solo. Esto hoy en día está en discusión, pues en ciertos experimentos se han detectado monopolos magnéticos. Esto aún necesita confirmación.

Los polos magnéticos no coinciden con los polos geográficos, es decir que las brújulas no indican con exactitud el norte geográfico. A esto se le llama declinación magnética.

La conexión entre la electricidad y el magnetismo no llegó hasta el siglo XIX de la mano de Oersted, (1819) al observar que la corriente eléctrica circulando por un elemento conductor crea a su alrededor un campo magnético similar al de un imán. Ampere aportó la idea de que el magnetismo natural puede estar producido por pequeñas corrientes a nivel molecular. Faraday a partir de 1821, empezó a desarrollar ideas sobre la teoría de campos y concluyó diciendo que campos magnéticos variables crean campos eléctricos. Maxwell, en 1860, indicó que se podían crear campos magnéticos a partir de campos eléctricos variables y por tanto concluyó diciendo que la interacción eléctrica y magnética están relacionadas y tienen que ver con la carga eléctrica.

El campo magnético es el efecto sobre una región del espacio en la que una carga eléctrica puntual de valor q, que se desplaza a una velocidad , experimenta los efectos de una fuerza que es perpendicular y proporcional tanto a la velocidad v como al campo B. Así, dicha carga percibirá una fuerza descrita con la siguiente ecuación.

donde F es la fuerza, v es la velocidad y B el campo magnético, también llamado inducción magnética y densidad de flujo magnético. (Nótese que tanto F como v y B son magnitudes vectoriales y el producto vectorial tiene como resultante un vector perpendicular tanto a v como aB). El módulo de la fuerza resultante será

La existencia de un campo magnético se pone de relieve gracias a la propiedad (la cual la podemos localizar en el espacio) de orientar un magnetómetro (laminilla de acero imantado que puede girar libremente). La aguja de una brújula, que evidencia la existencia del campo magnético terrestre, puede ser considerada un magnetómetro.

La magnitud del campo magnético terrestre en la superficie de la Tierra es de alrededor de 0.5G. Los imanes permanentes comunes, de hierro, generan campos de unos pocos cientos de Gauss, esto es a corto alcance la influencia sobre una brújula es alrededor de mil veces más intensa que la del campo magnético terrestre; como la intensidad se reduce con el cubo de la distancia, a distancias relativamente cortas el campo terrestre vuelve a dominar. Los imanes comerciales más potentes, basados en combinaciones de metales de transición y tierras raras generan campos hasta diez veces más intensos, de hasta 3000-4000 G, esto es, 0.3-0.4 T. El límite teórico para imanes permanentes es alrededor de diez veces más alto, unos 3 Tesla. Los centros de investigación especializados obtienen de forma rutinaria campos hasta diez veces más intensos, unos 30T, mediante electroimanes; se puede doblar este límite mediante campos pulsados, que permiten enfriarse al conductor entre pulsos. En circunstancias extraordinarias, es posible obtener campos incluso de 150 T o superiores, mediante explosiones que comprimen las líneas de campo; naturalmente en estos casos el campo dura sólo unos microsegundos. Por otro lado, los campos generados de forma natural en la superficie de un púlsar se estiman en el orden de los cientos de millones de Tesla.

La presencia de carga eléctrica en una región del espacio modifica las características de dicho espacio dando lugar a un campo eléctrico. Así pues, podemos considerar un campo eléctrico como una, región del espacio cuyas propiedades han sido modificadas por la presencia de una carga eléctrica, de tal modo que al introducir en dicho campo eléctrico una nueva carga eléctrica, ésta experimentará una fuerza.

El campo eléctrico se representa matemáticamente mediante el vector campo eléctrico, definido como el cociente entre la fuerza eléctrica que experimenta una carga testigo y el valor de esa carga testigo (una carga testigo positiva).

La definición más intuitiva del campo eléctrico se la puede dar mediante la ley de Coulomb. Esta ley, una vez generalizada, permite expresar el campo entre distribuciones de carga en reposo relativo. Sin embargo, para cargas en movimiento se requiere una definición más formal y completa, se requiere el uso de cuadrivectores y el principio de mínima acción. A continuación se describen ambas.

Debe tenerse presente de todas maneras que desde el punto de vista relativista, la definición de campo eléctrico es relativa y no absoluta, ya que observadores en movimiento relativo entre sí medirán campos eléctricos o "partes eléctricas" del campo electromagnético diferentes, por lo que el campo eléctrico medido dependerá del sistema de referencia escogido.