miércoles, 14 de diciembre de 2016

La existencia de ondas electromagnéticas

Posted: 19 Jul 2016 02:59 AM PDT

Hasta ahora hemos visto cómo los campos magnéticos inducen campos eléctricos y viceversa, y hemos apuntado cómo las ecuaciones de Maxwell relacionan unos con otros. Pero, ¿de dónde sale la idea de la existencia de ondas electromagnéticas? Tenemos todos los elementos para entenderlo muy fácilmente y vamos a verlo paso a paso.
Supongamos que una cierta región del espacio existe un campo eléctrico que cambia con el tiempo. Según las ideas de Maxwell, un campo eléctrico que varía con el tiempo induce simultáneamente un campo magnético que también cambia con el tiempo. Antes de seguir quizás no esté de más recordar que la fuerza del campo magnético también varía con la distancia a la región donde se crea el campo eléctrico. Por supuesto, de forma especular, tenemos que un campo magnético que cambia con el tiempo induce simultáneamente un campo eléctrico que cambia con el tiempo, cuya fuerza también depende de la distancia a la región en la que se crea el campo magnético. En definitiva, los cambios en los campos eléctrico y magnético ocurren simultáneamente, igual que la acción y la reacción en la tercera ley de Newton.
El atento lector se habrá dado cuenta de que esto es el comienzo de una cadena sin fin. Maxwell también lo notó y, basándose en ella, fue el primero que predijo explícitamente que la inducción mutua de campos eléctricos y magnéticos establecería un sucesión de sucesos infinita. Primero, imaginemos que, en una región del espacio, se crea un campo eléctrico que varía con el tiempo. Éste producirá en las proximidades de esa región un campo magnético que varía con el tiempo y la distancia (o, lo que es lo mismo a estos efectos, con el espacio). Este campo magnético producirá en las regiones cercanas un campo eléctrico que variará con el espacio y el tiempo, el cual, a su vez, producirá uno magnético, y así sucesivamente.
Con esto en mente, supongamos ahora que en un lugar determinado se produce una alteración electromagnética, esto es, se crean campos eléctricos y magnéticos. Puede ser cualquier cosa, cargas que vibran en el gas caliente de una estrella cercana o la antena de una emisora de radio o televisión. Esta alteración puede viajar a lugares muy lejanos debido a la generación mutua de campos eléctricos y magnéticos que acabamos de ver. Estos campos que fluctúan, cambian con el tiempo, son simultáneos y se propagan por el espacio.
Si tomamos el extremo de una cuerda y lo movemos rítmicamente arriba y abajo se produce un desplazamiento de esta alteración, por la acción de una parte de la cuerda sobre la siguiente, a los puntos cada vez más lejanos a nosotros en un tiempo posterior. Si dejamos caer una piedra en el centro de un estanque en calma, se produce una alteración que se mueve desde la fuente (donde cayó la piedra) conforme una parte del agua actúa sobre otras partes del agua. Cuando una alteración creada en una región produce un tiempo después una alteración en las regiones circundantes, estamos ante lo que llamamos onda.
De forma análoga, los campos eléctricos y magnéticos que varían con el tiempo producen una alteración que se aleja de la fuente conforme los campos que varían en una región crean campos que varían en las regiones vecinas. Este tipo de propagación corresponde a una onda. Esta onda es una onda electromagnética, que no es más que una alteración de las intensidades de los campos eléctrico y magnético en el espacio.

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance
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