SÍNTESIS DE MAXWELL
A principios del siglo \(XIX\) el físico británico James Clerk Maxwell \(\left(1831-1879 \right)\) desarrolló la teoría sobre el electromagnetismo.
Maxwell sintetizó la teoría del electromagnetismo mediante un sistema de cuatro ecuaciones llamadas ecuaciones de Maxwell:
Primera ecuación de Maxwell: acreditada a Karl Gauss establece la relación entre el campo eléctrico y la distribución de carga que lo genera.
Segunda ecuación de Maxwell: Garantiza la no existencia de monopolos magnéticos. En esta ecuación establece que el flujo a través de una superficie cerrada siempre es nulo.
Tercera ecuación de Maxwell: Es la ley de inducción de Faraday que establece que un campo magnético variable en el tiempo induce un campo eléctrico. Es decir, que además de las cargas, la variación de flujo es una fuente de campo eléctrico.
Cuarta ecuación de Maxwell: Conocida como la ley de Ampere permite calcular el campo magnético generado por una corriente eléctrica. Sin embargo, Maxwell a partir de saber que un campo magnético variable genera un campo eléctrico, agrego en esta ecuación un término que indica que también los campos eléctricos variables producen campos magnéticos.
Las ecuaciones de Maxwell otorgaron así una descripción completa de la forma en que se comportan los campos eléctrico y magnético. Pero más allá de su capacidad de síntesis, las consecuencias de los descubrimientos de Maxwell brindaron la posibilidad de explicar otros hechos importantes.
En \(1864\), Maxwell publicó el artículo “Una teoría dinámica del campo electromagnético”. Combinando las ecuaciones llegó a lo que se conoce como la ECUACIÓN DE LA ONDA. En los sitios de la ecuación donde deberían aparecer características del medio de propagación aparecen campos eléctricos, \(\vec{E}\) y campos magnéticos, \(\vec{B}\). Los campos eléctricos y los campos magnéticos son el soporte de las ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS.
Maxwell calculó la velocidad con que se propaga una onda electromagnética y encontró que este valor coincide exactamente con la velocidad de la luz. De esta forma, Maxwell estableció que la luz es una onda electromagnética.
Las cargas eléctricas en movimiento periódico generan campos eléctricos y campos magnéticos oscilantes dando lugar a las ondas electromagnéticas. La frecuencia de la onda es igual a la frecuencia de oscilación de la carga. Un objeto que emite luz debe contener cargas eléctricas que oscilen a muy alta frecuencia. Puesto que las frecuencias de las ondas luminosas son del orden de \(10^{14}\ Hz\), ésta debe ser la frecuencia de oscilación de las cargas.
Actualmente sabemos que hay varios tipos de ondas electromagnéticas que constituyen el llamado espectro electromagnético. Sin embargo, esos tipos de onda son todas de la misma naturaleza y se propagan en el vacío con la misma rapidez. Difieren sólo en un valor de su frecuencia y en la forma de producirse.
En general las ondas electromagnéticas se originan en cargas eléctricas aceleradas y según el valor de la frecuencia, reciben nombres diferentes. Como por ejemplo, ondas de radio, de televisión, microondas, etc.
PREGUNTA: Las ecuaciones de Maxwell constituyen un pilar básico de la teoría electromagnética ya que por ahora se demostraron como válidas siempre. Esto es debido a que la teoría electromagnética siempre fue, sin saberlo, una teoría relativista. De lo anterior y de acuerdo a lo leído en la lección, podemos afirmar que: