Electromagnetisme
Electricitat  · Magnetisme
Electroestatica Carrega electrica  · Llei de Coulomb  · Camp electric  · Flux electric  · Llei de Gauss  · Potencial electric  · Induccio electroestatica  · Moment dipolar electric  · Densitat de polaritzacio
Magnetoestatica Llei d'Ampere  · Corrent electric  · Camp magnetic  · Magnetitzacio  · Flux magnetic  · Llei de Biot-Savart  · Moment magnetic  · Llei de Gauss per al magnetisme
Electrodinamica classica Forca de Lorentz  · Forca electromotriu  · Induccio electromagnetica  · Llei de Faraday  · Llei de Lenz  · Corrent de desplacament  · Equacions de Maxwell  · Camp electromagnetic  · Radiacio electromagnetica  · Potencials de Lienard?Wiechert  · Tensor de Maxwell  · Corrent de Foucault
Circuit electric Conduccio electrica  · Resistencia electrica  · Capacitancia  · Inductancia  · Impedancia  · Ressonador electromagnetic  · Circuits en serie i en paral·lel  · Guia d'ones
Formulacio covariant Tensor electromagnetic  · Tensor d'energia-impuls  · Quadricorrent  · Quadripotencial
Cientifics Ampere  · Coulomb  · Faraday  · Gauss  · Heaviside  · Henry  · Hertz  · Lorentz  · Maxwell  · Tesla  · Volta  · Weber  · Ørsted

El camp electromagnetic es un camp produit per la presencia d' objectes carregats electricament . Aquest camp s'esten indefinidament a traves de l'espai i afecta el comportament dels objectes. ^[1]

El camp electromagnetic, la base de l' electromagnetisme , es una de les quatre forces fonamentals de la natura (les altres son la forca gravitatoria , la forca nuclear forta i la forca nuclear feble ). ^[2]

Aquest camp pot ser vist com la combinacio d'un camp electric amb un camp magnetic . El camp electric el produeixen les carregues estacionaries i el camp magnetic les carregues en moviment. La manera com les carregues i els corrents (les carregues en moviment) interaccionen amb el camp electromagnetic es descriu amb les equacions de Maxwell i la llei de la forca de Lorentz .

Des del punt de vista de l' electrodinamica classica el camp electromagnetic seria un camp continu i uniforme que es propaga com una ona . En canvi, des del punt de vista de la mecanica quantica el camp electromagnetic estaria compost per unitats discretes, els fotons .

Estructura del camp electromagnetic [ modifica ]

El camp electromagnetic pot ser descrit de dues maneres diferents:

• Amb una estructura continua
• Amb una estructura discreta

Estructura continua [ modifica ]

L'electrodinamica classica considera que els camps electrics i magnetics son produits per moviments suaus d'objectes carregats. Per exemple, carregues en oscil·lacio produeixen camps magnetics i electrics que poden ser considerats com si fossin ones. En aquest cas, hom considera que l' energia es transferida de manera continua entre dos punts a traves del camp electromagnetic. Per exemple, a un transmissor de radio els atoms metal·lics semblen transferir energia de manera continua. Aquest punt de vista es adequat fins a un cert punt, quan es tracta de radiacio de baixa frequencia, pero a altes frequencies presenta problemes, com ara l'anomenada catastrofe ultraviolada . Aquests problemes porten a un altre punt de vista.

Estructura discreta [ modifica ]

Els experiments mostren que la transferencia de l'energia electromagnetica es pot descriure de manera mes acurada si hom considera que es transportada en ≪paquets≫ o ≪fragments≫ anomenats fotons amb una frequencia fixa. La relacio de Planck lliga l'energia ${\displaystyle E}$ d'un foto a la seva frequencia ${\displaystyle \nu }$ per mitja de la seguent equacio:

${\displaystyle E=\,h\,\nu }$

on ${\displaystyle h}$ es la constant de Planck , anomenada aixi en honor del fisic alemany Max Planck (1858?1947), i ${\displaystyle \nu }$ es la frequencia del foto. Per exemple, a l' efecte fotoelectric (l'emissio d' electrons per superficies metal·liques a causa de la radiacio electromagnetica) hom verifica que l'increment de la intensitat de la radiacio incident no te efectes, i nomes la frequencia de la radiacio es rellevant per a l'emissio d'electrons.

Aquesta visio quantica del camp electromagnetic s'ha demostrat molt fructifera i ha donat lloc a l' electrodinamica quantica , una teoria quantica de camps que descriu la interaccio entre la radiacio electromagnetica i la materia carregada.

Dinamica del camp electromagnetic [ modifica ]

En el passat, hom pensava que els objectes carregats electricament produien dos tipus de camps relacionats amb la seva propietat de posseir una carrega electrica . Un camp electric es produia quan la carrega electrica era estacionaria respecte a un observador que mesures les propietats de la carrega; i es produia un camp magnetic (tambe un camp electric) quan la carrega es movia (creant un corrent electric ) respecte de l'observador. Amb el temps es va veure que era millor considerar els camps magnetics i electrics com a dues parts d'un tot, el camp electromagnetic.

Un cop s'ha creat un camp electromagnetic per part d'una distribucio de carrega donada, els altres objectes que pugui haver-hi dins del camp experimentaran una forca , de manera similar a com un planeta experimenta una forca dins del camp gravitacional del Sol. Si aquestes altres carregues i corrents (els altres objectes) son comparables en dimensions a les fonts que produeixen el mencionat camp electromagnetic, llavors es produira un nou camp electromagnetic. A partir d'aixo el camp electromagnetic pot ser vist com una entitat dinamica que provoca el moviment d'altres carregues i corrents, i que tambe es afectat per ells. Aquestes interaccions es descriuen amb els equacions de Maxwell i la llei de la forca de Lorentz .

Descripcio matematica [ modifica ]

Hi ha diferents maneres de representar el camp electromagnetic. La primera considera els camps electric i magnetic com un camp vectorial tridimensional. Cadascu d'aquests camps vectorials te un valor definit per a cada punt de l'espai i per a cada instant temporal, i per aixo son considerats habitualment com a funcions de coordinades espaitemps. Per aixo habitualment s'escriuen com ${\displaystyle \mathbf {E} (x,y,z,t)}$ (camp electric) i ${\displaystyle \mathbf {B} (x,y,z,t)}$ (camp magnetic). Si nomes el camp electric ( ${\displaystyle \mathbf {E} }$) no es nul, i es constant en el temps, el camp es considera com a electroestatic . De manera similar, si nomes el camp magnetic ( ${\displaystyle \mathbf {B} }$) no es nul i es constant al llarg del temps, parlarem de camp magnetoestatic . Tanmateix, si qualsevol dels dos camps presenta una dependencia del temps, tots dos han de ser considerats conjuntament com un camp electromagnetic utilitzant les equacions de Maxwell.

Amb l'aparicio de la relativitat especial es van comencar a generalitzar la utilitzacio del formalisme del tensor . Les equacions de Maxwell poden ser escrites en forma tensorial, que es vista pels fisics com la manera mes elegant d'expressar les lleis de la fisica.

El comportament dels camps electrics i magnetics, electroestatics, magnetoestatics o electrodinamics es comporten al buit segons les equacions de Maxwell . En forma vectorial es poden expressar com:

${\displaystyle \nabla \cdot \mathbf {E} ={\frac {\rho }{\varepsilon _{0}}}}$ ( Llei de Gauss - electroestatica)

${\displaystyle \nabla \cdot \mathbf {B} =0}$ (Llei de Gauss - magnetoestatica)

${\displaystyle \nabla \times \mathbf {E} =-{\frac {\partial \mathbf {B} }{\partial t}}}$ ( Llei de Faraday )

${\displaystyle \nabla \times \mathbf {B} =\mu _{0}\mathbf {J} +\mu _{0}\varepsilon _{0}{\frac {\partial \mathbf {E} }{\partial t}}}$ ( Llei d'Ampere )

on ${\displaystyle \rho }$ es la densitat de carrega , que pot dependre del temps i la posicio, ${\displaystyle \epsilon _{0}}$ es la permitivitat al buit , ${\displaystyle \mu _{0}}$ es la permeabilitat al buit, i ${\displaystyle \mathbf {J} }$ es el vector densitat de corrent , que tambe depen del temps i la posicio. Les unitats utilitzades son les del SI . Dintre d'un material linear les equacions de Maxwell canvien per tal de fer servir la permeabilitat i la permitivitat del material en comptes de la del buit. En el cas d'altres materials que ofereixen respostes molt mes complexes als camps electromagnetics aquests dos termes es representen habitualment amb nombres complexos o tensors .

En el cas de la materia carregada, les interaccions dels camps electromagnetics son descrites amb la llei de la forca de Lorentz .

Propietats del camp [ modifica ]

Comportament reciproc dels camps electric i magnetic [ modifica ]

Dues de les equacions de Maxwell, la llei de Faraday i la llei d'Ampere, il·lustren una de les caracteristiques mes practiques del camp electromagnetic. La llei de Faraday es podria expressar dient que un camp magnetic canviant crea un camp electric. I aquest es el principi que hi ha darrere del funcionament del generador electric . D'altra banda, la llei d'Ampere estableix que un camp electric variable crea un camp magnetic. Per aixo aquesta llei pot aplicar-se per generar un camp magnetic i fer funcionar un motor electric .

La llum com una pertorbacio electromagnetica [ modifica ]

Les equacions de Maxwell prenen la seguent forma en el cas d'una zona que es lluny de qualsevol carrega o corrent (al buit), es a dir, alla on ${\displaystyle \rho }$ and ${\displaystyle \mathbf {J} }$ son nuls.

${\displaystyle \nabla \cdot \mathbf {E} =0}$

${\displaystyle \nabla \cdot \mathbf {B} =0}$

${\displaystyle \nabla \times \mathbf {E} =-{\frac {\partial \mathbf {B} }{\partial t}}}$

${\displaystyle \nabla \times \mathbf {B} ={\frac {1}{c^{2}}}{\frac {\partial \mathbf {E} }{\partial t}}}$

A les equacions anteriors s'ha fet la substitucio ${\displaystyle \mu _{0}\epsilon _{0}={\frac {1}{c^{2}}}}$, on ${\displaystyle c}$ es la velocitat de la llum . Prenent el rotacional de les dues darreres equacions es com segueix:

${\displaystyle \nabla \times \nabla \times \mathbf {E} =\nabla \left(\nabla \cdot \mathbf {E} \right)-\nabla ^{2}\mathbf {E} =\nabla \times \left(-{\frac {\partial \mathbf {B} }{\partial t}}\right)}$

${\displaystyle \nabla \times \nabla \times \mathbf {B} =\nabla \left(\nabla \cdot \mathbf {B} \right)-\nabla ^{2}\mathbf {B} =\nabla \times \left({\frac {1}{c^{2}}}{\frac {\partial \mathbf {E} }{\partial t}}\right)}$

Tanmateix, les dues primeres equacions indiquen que ${\displaystyle \nabla \left(\nabla \cdot \mathbf {E} \right)=\nabla \left(\nabla \cdot \mathbf {B} \right)=0}$. Per tant, inserint aixo i convertint els rotacionals en derivades de temps i inserint-ho als rotacionals resultants, tenim el seguent:

${\displaystyle -\nabla ^{2}\mathbf {E} =-{\frac {\partial }{\partial t}}\left(\nabla \times \mathbf {B} \right)=-{\frac {\partial }{\partial t}}\left({\frac {1}{c^{2}}}{\frac {\partial \mathbf {E} }{\partial t}}\right)=-{\frac {1}{c^{2}}}{\frac {\partial ^{2}\mathbf {E} }{\partial t^{2}}}}$

${\displaystyle -\nabla ^{2}\mathbf {B} ={\frac {1}{c^{2}}}{\frac {\partial }{\partial t}}\left(\nabla \times \mathbf {E} \right)={\frac {1}{c^{2}}}{\frac {\partial }{\partial t}}\left(-{\frac {\partial \mathbf {B} }{\partial t}}\right)=-{\frac {1}{c^{2}}}{\frac {\partial ^{2}\mathbf {B} }{\partial t^{2}}}}$

O:

${\displaystyle \nabla ^{2}\mathbf {E} ={\frac {1}{c^{2}}}{\frac {\partial ^{2}\mathbf {E} }{\partial t^{2}}}}$

${\displaystyle \nabla ^{2}\mathbf {B} ={\frac {1}{c^{2}}}{\frac {\partial ^{2}\mathbf {B} }{\partial t^{2}}}}$

O tambe:

${\displaystyle \Box ^{2}\mathbf {E} =0}$

${\displaystyle \Box ^{2}\mathbf {B} =0}$

A aquesta darrera forma, ${\displaystyle \Box ^{2}}$ es l' operador de d'Alembert que es ${\displaystyle \nabla ^{2}-{\frac {1}{c^{2}}}{\frac {\partial ^{2}}{\partial t^{2}}}}$, per tant, les dues darreres formes son el mateix escrit de dues maneres diferents. Ambdues es coneixen com a equacions d'ona , es a dir, els camps electrics i magnetics tenen una forma oscil·latoria, com un sinusoide, el que implica un comportament similar al de les ones . D'altra banda, les dues primeres equacions de Maxwell impliquen que es tracta d' ones transversals . Les dues darreres equacions de Maxwell impliquen que l'ona del camp electric es en fase i es perpendicular respecte a l'ona del camp magnetic. Tambe tenim que el terme ${\displaystyle c^{2}}$ representa la velocitat de l'ona. Per tant, les ones electromagnetiques viatgen a la velocitat de la llum. James Clerk Maxwell va suggerir que com dels seus calculs se'n derivava que les ones electromagnetiques viatjaven a la mateixa velocitat de la llum, la llum devia ser tambe una ona. Aquest suggeriment s'ha demostrat encertat, la llum es una ona electromagnetica.

Comparacio i relacio amb altres camps fisics [ modifica ]

Essent una de les quatre forces fonamentals de la natura es util comparar el camp electromagnetic amb les altres tres: el camp gravitatori , la forca nuclear forta i la forca nuclear feble .

El camp gravitatori i el camp electromagnetic [ modifica ]

Mentre les fonts dels camps electromagnetics son les carregues positives o negatives, l'origen del camp gravitatori son les masses . De vegades les masses son anomenades carregues gravitacionals , pero una diferencia fonamental es que la gravetat es sempre positiva, sempre te un efecte atractiu, no hi ha massa negativa.

Magnitud relativa de les quatre forces fonamentals [ modifica ]

La taula seguent mostra la forca relativa de les diferents forces o interaccions i altres informacions:

Teoria	Interaccio	mediador	Magnitud Relativa	Comportament	Rang
Cromodinamica quantica	Forca nuclear forta	Gluo	10 38	1	10 -15 m
Electrodinamica	Electromagnetisme	Foto	10 36	1/ r ²	infinit
Teoria Weinberg-Salam	Forca nuclear feble	Boso W i Z	10 25	1/ r ? to 1/ r 7	10 -16 m
Geometrodinamica	Gravitacio	Gravito	10 0	1/ r ²	infinit

Camps electromagnetics i salut [ modifica ]

Veure apartat ≪ Efectes biologics de la radiacio ≫ de l'article ≪ Radiacio electromagnetica ≫.
Els efectes potencials dels camps electromagnetics sobre la salut humana varien ampliament depenent de la frequencia i la intensitat dels camps.

Els efectes potencials sobre la salut dels CEM de molt baixa frequencia que envolten les linies electriques i els dispositius electrics son objecte d'investigacio en curs i d'un important debat public. La National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) dels EUA i altres agencies governamentals dels EUA no consideren que els CEM siguin un perill per a la salut provat. NIOSH ha emes alguns avisos de precaucio, pero subratlla que actualment les dades son massa limitades per treure bones conclusions. ^[3] L'any 2011, l'OMS/Agencia Internacional per a la Recerca del Cancer (IARC) va classificar els camps electromagnetics de radiofrequencia com a possiblement cancerigens per als humans (Grup 2B), basant-se en un major risc de glioma, un tipus maligne de cancer cerebral, associat a l'us de telefons sense fil. ^[4]

Sempre es pot suposar que els empleats que treballen en equips i instal·lacions electriques estan exposats a camps electromagnetics. L'exposicio dels treballadors d'oficina als camps generats per ordinadors , monitors, etc. es insignificant a causa de la baixa intensitat de camp. No obstant aixo, les instal·lacions industrials per a l'enduriment i la fusio per induccio o en equips de soldadura poden produir intensitats de camp considerablement mes altes i requereixen un examen addicional. Si no es pot determinar l'exposicio a partir de la informacio dels fabricants, comparacions amb sistemes similars o calculs analitics, s'han de fer mesures. Els resultats de l'avaluacio ajuden a avaluar els possibles perills per a la seguretat i la salut dels treballadors i a definir les mesures de proteccio. Com que els camps electromagnetics poden influir en els implants passius o actius dels treballadors, es essencial tenir en compte l'exposicio als seus llocs de treball per separat a l' avaluacio de riscos . ^[5]

D'altra banda, se sap que la radiacio d'altres parts de l' espectre electromagnetic , com la llum ultraviolada i els raigs gamma , causen danys importants en algunes circumstancies.

Referencies [ modifica ]

Vegeu tambe [ modifica ]

Enllacos externs [ modifica ]

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimedia relatiu a: Camp electromagnetic

• IARC Vol 80