Las Ecuaciones de Maxwell en 5 Minutos
Las Ecuaciones de Maxwell en 5 minutos.
La idea en síntesis.
Érase una vez un mundo en el que chispazos, papelitos pegándose e imanes orientándose
fascinaban a los científicos.
Estos fenómenos se usaron para construir cosas muy guays, pero no fue hasta el siglo
XIX que la gente empezó a entender cómo estaban relacionados, gracias al trabajo de
montones de físicos decididos a unir las piezas, una tarea a la que Maxwell dió el
último puntapié, sintetizando todos estos fenomenos electricos y magneticos en las ecuaciones
que hoy escribimos en cuatro.
Estas son las Ecuaciones de Maxwell.
Empecemos por lo básico: el espacio está lleno de una cosa llamada el campo electromagnético.
Solo nuestros protagonistas pueden “sentir” este campo: las cargas y los imanes.
El campo es el medio a través del cual cargas e imanes pueden influirse; atrayendose, repeliendose,
girando… Esta intermediación tiene unas reglas; cómo las cargas e imanes perturban
al campo y como el campo se perturba a si mismo viene condensado en las Ecuaciones de
Maxwell.
Ahora, cómo este campo afecta a las cargas viene dado por otra ecuación, la ecuación
de la Fuerza de Lorentz.
O sea, que las ecuaciones de Maxwell no hablan de cómo se mueven las cargas, sino de cómo
es y como cambia el campo.
La manera en la que las escribimos ha cambiado mucho con el tiempo: al principio eran ocho,
aunque luego se vió que se podían reducir a cuatro.
Gracias a nuestros conocimientos actuales, sabemos que la manera más natural es expresarlas
en dos, pero hoy no pondré pijo y hablaré de la manera tradicional que todos aprendemos.
En este formato, separamos el campo electromagnético en dos campos distintos, el campo eléctrico,
que te dice dónde y cuán fuerte va ser empujada una carga positiva que ponga ahí, y el campo
magnético, que te dice hacia dónde y cuán fuerte va a ser orientado un imán que ponga
ahí.
Vamos a ver cómo todos estos componentes juegan.
Primera ecuación: la ley de Gauss.
Esta describe como las cargas afectan al campo eléctrico.
En concreto te dice que las cargas eléctricas son fuentes de campo eléctrico si son positivas
o sumideros de campo eléctrico si son negativas, que no es otra cosa que decir en términos
“fancy” de campo que cargas del mismo signo repelen y de distinto atraen.
La ley de Gauss también captura que el campo eléctrico decae con la distancia y lo hace
de una manera muy precisa: con el cuadrado de la distancia.
Esto dota al campo eléctrico de unas propiedades geométricas muy divertidas y útiles; las
exploré en este vídeo que hice hace un tiempo, por si queréis saber más.
Pero pasemos a la segunda ecuación: la ley de Gauss del magnetismo… o algo así, la
realidad es que esta ley no tiene un nombre exacto, posiblemente porque lo que dice es
sencillo: que las fuentes y sumideros del campo magnético no existen.
No hay “cargas magnéticas”.
Eso no quiere decir que no haya objetos que puedan crear campos magnéticos; ¡eso es
lo que hacen los imanes!
La cosa es que al no haber ni fuentes ni sumideros, el campo magnético siempre debe “cerrarse”
sobre si mismo.
Por ejemplo, si intentas partir un imán en dos queriendo separarlo en dos monopolos,
el campo se cierra en la zona que has cortado, devolviendote dos imanes con dos polos cada
uno.
En resumen: En nuestro mundo los monopolos son imposibles.
Aun así, no es descartable que en el loco loco universo primitivo estos monopolos podrían
haber existido.
En este caso hipotético, la ley de Gauss del magnetismo sería muy parecida a la ley
de gauss del campo eléctrico y, utilizando las matemáticas adecuadas, podríamos sintetizar
todas las ecuaciones de Maxwell no a dos sino a solo una ecuación.
Elegante… pero hipotético.
Por lo que respecta a nosotros el campo magnético siempre se cierra, ¿ok?
La tercera ecuación es la famosa Ley de Faraday.
Ya hablé de ella en otro vídeo, pues detras de esta ley está el principio básico detrás
de casi todas las centrales eléctricas del planeta, pero me repetiré: nos dice que si
un campo magnético cambia en el tiempo esto activa el campo eléctrico de una manera precisa:
cerrándose.
Concretamente: si el campo magnético aumenta, el eléctrico se orienta en el sentido de
las agujas del reloj, si decrece se orienta al contrario.
En definitiva, nos está contado que no solo cargas e imanes pueden influir en los campos,
también pueden hacerlo entre ellos.
Sí, en ambas direcciones.
Eso es lo que encapsula la cuarta ecuación: la Ley de Ampere: que un campo eléctrico
cambiando en el tiempo o cargas moviéndose, es decir una corriente eléctrica, activan
el campo magnético (cerrándose, como tiene que ser).
Este elemento nuevo, el de la corriente eléctrica, es muy útil en las aplicaciones, pues permite
generar imanes artificiales.
Basta con hacer pasar una corriente eléctrica por una bobina con la forma apropiada y tienes
un campo magnético, cuanto más intensa sea la corriente más intenso es el campo magnético.
Esto es un electroimán y la mayoría de los campos magnéticos del mundo se generan con
ellos, incluido el que nos protege del viento solar.
¡Y ahí lo tenéis!
Están son las ecuaciones de Maxwell.
Combinandolas correctamente, todos los fenómenos electromagnéticos que nuestros ojos ven pueden
ser explicados… incluida nuestra luminosa amiga… Aunque esa es una historia para otro
vídeo.
Y, recuerda, si quieres más ciencia solo tienes que suscribirte.
Y gracias por verme.
