¿Qué es la fuerza electromagnética?

Toda la complejidad del universo que nos rodea proviene en última instancia de cuatro fuerzas fundamentales: la gravedad, la fuerza nuclear fuerte, la fuerza nuclear débil y el electromagnetismo. El electromagnetismo puede ser un tema desafiante de estudiar, pero los conceptos básicos de qué es la fuerza y ​​cómo funciona son bastante sencillo, y la ley de fuerza de Lorentz, en particular, le dice los puntos clave que necesita para comprender. En pocas palabras, la fuerza electromagnética hace que las cargas diferentes, positivas y negativas, se atraigan entre sí y que las cargas diferentes se repelan.

TL; DR (demasiado largo; No leí)

El electromagnetismo es una de las cuatro fuerzas fundamentales del universo. Describe cómo las partículas cargadas reaccionan a los campos eléctricos y magnéticos, así como los vínculos fundamentales entre ellos. La fuerza electromagnética, como todas las fuerzas, se mide en Newtons.

Las fuerzas electrostáticas están descritas por la ley de Coulomb, y las fuerzas eléctricas y magnéticas están cubiertas por la ley de fuerza de Lorentz. Sin embargo, las cuatro ecuaciones de Maxwell proporcionan la descripción más detallada del electromagnetismo.

El término electromagnetismo combina las fuerzas eléctricas y magnéticas en una sola palabra porque ambas fuerzas se deben al mismo fenómeno subyacente. Las partículas “cargadas” generan campos eléctricos y las cargas positivas y negativas reaccionan a ese campo de manera diferente, lo que explica la fuerza que observamos. Para las interacciones eléctricas, las partículas cargadas positivamente (como los protones) empujan las partículas cargadas positivamente y atraen las cargadas negativamente (como los electrones), y viceversa. Las líneas de campo eléctrico se extienden directamente hacia afuera a partir de cargas eléctricas positivas, y esto empuja las partículas en la dirección (o en la dirección opuesta) de las líneas de campo.

El magnetismo proviene de campos magnéticos, que se generan mediante cargas en movimiento. Las partículas no responden a los campos magnéticos de la misma manera que lo hacen a los campos eléctricos. Las líneas del campo magnético forman círculos, sin principio ni fin. En respuesta a ellos, las partículas se mueven en una dirección perpendicular tanto a su movimiento como a la línea de campo. Al igual que con las fuerzas eléctricas, las partículas cargadas positivamente y las cargadas negativamente se mueven en direcciones opuestas.

La fuerza electromagnética es la segunda fuerza más fuerte de la naturaleza. La fuerza nuclear fuerte es la más fuerte, las fuerzas electromagnéticas son 137 veces menos poderosas, la La fuerza nuclear débil es un millón de veces más pequeña y la gravedad es mucho, mucho menor que el resto (alrededor de 6 × 10⁻³⁹ veces más débil que la fuerza nuclear fuerte).

"Fuerza electrostática" se refiere a la fuerza eléctrica generada por cargas estacionarias. Se describe mediante una ecuación simple conocida como ley de Coulomb. Esto establece que:

Aquí,Fsignifica fuerza,kes una constante,q​₁ yq​₂ son los cargos, yres la distancia entre ellos. Las cargas más grandes producen una fuerza mayor y una mayor separación debilita la fuerza de la fuerza. Como ocurre con todas las fuerzas, la fuerza electromagnética se mide en Newtons (N). El constantektiene un valor específico, 9 × 10⁹ N m² / C². La carga se mide en culombios (C) y se ingresa el signo de la carga (+ o -) junto con la fuerza, por lo que la ecuación tiene un valor positivo para la repulsión y uno negativo para la atracción.

La ley de fuerza de Lorentz incorpora fuerzas magnéticas y eléctricas, por lo que es una de las mejores representaciones de la fuerza electromagnética. La ley establece:

Dónde​mi​es el campo magnético,​v​es la velocidad de la partícula, y​B​es el campo magnético. Estos están en negrita porque son vectores, que tienen una dirección y una fuerza, y la×​ El símbolo es un producto vectorial en lugar de una simple multiplicación. La ecuación nos dice que la fuerza total es la suma del campo eléctrico y el vector producto de la velocidad de la partícula y el campo magnético, todos multiplicados por la carga de la partícula. El producto vectorial produce una fuerza en dirección perpendicular a ambos, en línea con la sección anterior.

El electromagnetismo se manifiesta de muchas formas en la vida cotidiana y en la física. Los átomos se mantienen unidos por la atracción electromagnética entre los protones del núcleo y los electrones que lo orbitan. La luz es una onda electromagnética, donde un campo eléctrico oscilante genera un campo magnético cambiante, que a su vez crea un campo eléctrico, y así sucesivamente. Esto está predicho por las ecuaciones de Maxwell (cuatro ecuaciones que explican todo sobre el electromagnetismo en el lenguaje del cálculo vectorial), incluida la velocidad característica a la que viaja.

El electromagnetismo también es responsable de la electricidad que alimenta su pantalla y el dispositivo en el que está leyendo, y el flujo de electrones impulsados ​​a lo largo de las líneas del campo eléctrico proporciona la energía. Estos ejemplos solo arañan la superficie de la amplia gama de fenómenos explicados por el electromagnetismo.