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LAS ECUACIONES DE MAXWELL

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En el siglo XIX, los científicos llegaron a la conclusión de que la electricidad y el magnetismo son dos caras de la misma moneda. Son la manifestación de lo que conocemos como las ondas electromagnéticas. Muchas de las cosas que vemos a diario están relacionadas con ellas. El hecho mismo de que podamos ver, lo está: la luz visible es un tipo de onda electromagnética. También lo son las ondas de radio que usamos en a televisión o la radio. También las microondas, que calientan nuestra comida. También los rayos X que usamos en medicina. Sin embargo, la evolución ha hecho sensibles nuestros ojos sólo a una pequeña parte del espectro electromagnético conocido como luz visible, que empieza desde el rojo, siguiendo por todos los colores de arco iris, hasta llegar al violeta. Justo antes de rojo y después del violeta se encuentran la luz infrarroja y la luz ultravioleta que, por supuesto, no podemos ver.

Una de las 4 fuerzas de la naturaleza

La fuerza que transmiten las ondas electromagnéticas es el electromagnetismo, una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza, junto a la gravitatoria y a las nucleares fuerte y débil (que mantiene unidos al átomo), y es esencial para la química, permitiendo los enlaces que dan forma a las moléculas y a los compuestos. Uno de los principios eléctricos de que cargas eléctricas opuestas se atraen es el que explica por qué los electrones (con carga eléctrica negativa) se mantienen unidos a los protones (carga eléctrica positiva), por ejemplo.

Cada una de las fuerzas de la naturaleza se transmiten a través de campos de energía. Así decimos, por ejemplo, que un planeta genera un campo gravitatorio o que un imán posee un campo magnético. Michael Faraday, había estudiado la forma en que se disponen los campos eléctricos y magnéticos, pero no pudo darles nunca una explicación matemática. Ese trabajo lo realizó Maxwell al publicar sus 4 ecuaciones que explican los fenómenos electromagnéticos, en 1837.

Ecuaciones de Maxwell

La primera de las ecuaciones de Maxwell es la ley de Gauss, llamada así por el físico del siglo XIX Carl Friedrich Gauss, que describe la forma y la intensidad del campo eléctrico producido por un objeto cargado. Entre otras cosas, nos dice que las cargas eléctricas son fuentes de campo eléctrico si son positivas o sumideros de campo eléctrico si son negativas, lo que en otras palabras significa que cargas diferentes se atraen y cargas iguales se repelen. Esta ley también nos dice que el campo eléctrico decae con a distancia, al igual que la gravedad de Newton, cumpliendo la ley de la inversa del cuadrado. Lo que significa que si el objeto cargado se aleja el doble de la distancia, su campo eléctrico es 4 veces (el cuadrado de 2) más débil.

La primera ecuación de Maxwell o ley de Gauss establece que los polos opuestos se atraen, mientras que los iguales se repelen.

La segunda ecuación de Maxwell describe la forma y la intensidad ya no del campo eléctrico, sino del magnético: el patrón de las líneas de campo magnético que Faraday descubrió, y dice que estas líneas siempre forman bucles cerrados, desde el polo norte hasta el polo sur. Lo que significa que un imán siempre tendrá ambos polos. Sí cortamos un imán a la mitad una y otra vez, cada una de estas mitades siempre tendrá su polo norte y su polo sur, conservando las líneas de campo un bucle cerrado.

Líneas del campo magnético de la Tierra que, tal como establece la segunda ecuación de Maxweel, se cierran de norte a sur, se observa deformado por la acción del bombardeo de partículas solares, actuando como escudo.

La tercera ecuación pone de manifiesto la ley de Faraday de la inducción, descubierta en 1831. Lo que nos dice es que la variación de un campo eléctrico genera un campo magnético y viceversa. Es decir, no sólo las cargas positiva o negativa influye en los campos, sino que los campos influyen también entre sí. Y esto lo pone de manifiesto la cuarta ecuación, o ley de Ampere, que explica cómo un campo eléctrico, o cargas moviéndose, activan el campo magnético. Se puede fabricar un imán haciendo fluir corriente por una bobina de la forma adecuada, mientras más fuerte sea la carga eléctrica, más fuerte será el campo magnético del electroimán.

Se puede fabricar un imán haciendo fluir corriente por un cable enrollado: lo que se conoce como electroimán. Pueden intentarlo en casa.

Ahora no nos parece extraordinario que la electricidad y el magnetismo se hayan unificado en una sola teoría, pero en su tiempo sí que lo fue. Sucedería algo similar como si unificáramos en una sola teoría la relatividad y la cuántica, como pretende la teoría de cuerdas. Con esa importancia debemos ver las ecuaciones de Maxwell en retrospectiva.

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