La Fuerza de la Electricidad y el Magnetismo

El electromagnetismo describe la interacción entre partículas cargadas. Es una fuerza mucho más intensa que la gravedad y es responsable de casi todos los fenómenos cotidianos: la estructura de los átomos y las moléculas, la química, la luz, etc.

1. Campo Eléctrico

La Ley de Coulomb describe la fuerza entre dos cargas puntuales: $F_e = k \frac{|Q q|}{r^2}$.

El campo eléctrico ($\vec{E}$) es la fuerza por unidad de carga: $\vec{E} = k \frac{Q}{r^2} \vec{u_r}$. El potencial eléctrico ($V$) es la energía potencial por unidad de carga: $V = k \frac{Q}{r}$

El Teorema de Gauss relaciona el flujo del campo eléctrico a través de una superficie cerrada con la carga neta encerrada. Es muy útil para calcular el campo de distribuciones simétricas de carga.

Campo eléctrico generado por una carga puntual positiva, mostrando las líneas de campo radiales hacia afuera.

2. Campo Magnético

Los campos magnéticos son creados por cargas en movimiento (corrientes eléctricas). No existen monopolos magnéticos. Las líneas de campo magnético son siempre cerradas.

La Ley de Lorentz describe la fuerza que un campo magnético ($\vec{B}$) ejerce sobre una carga q que se mueve con velocidad $\vec{v}$:

$$ \vec{F_m} = q (\vec{v} \times \vec{B}) $$

Esta fuerza es siempre perpendicular a la velocidad y al campo, por lo que no realiza trabajo pero curva la trayectoria de la partícula.

Las Leyes de Biot-Savart y Ampère permiten calcular el campo magnético creado por diferentes configuraciones de corriente (hilo recto, espira, solenoide).

3. Inducción Electromagnética

Es la conexión entre electricidad y magnetismo. La Ley de Faraday-Henry establece que un flujo magnético ($\Phi_B$) variable a través de un circuito induce una fuerza electromotriz (fem, $\varepsilon$) en él.

$$ \varepsilon = -\frac{d\Phi_B}{dt} $$

La Ley de Lenz, representada por el signo negativo, indica que la corriente inducida siempre se opone al cambio de flujo que la produce. Este es el principio de funcionamiento de generadores, motores y transformadores.

Diagrama de Inducción Electromagnética que muestra un imán moviéndose hacia una bobina, generando una corriente.

Interacción Electromagnética

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