Shepeliov A.V. Electricidad y magnetismo.
Serie: Lo que no se puede olvidar

Índice

Prólogo. Carga y campo

Desde tiempos remotos el hombre conoce las fuerzas eléctricas y magnéticas. No obstante, estas fuerzas llegaron a ser dominadas sólo en el siglo XIX, después de notables éxitos en su estudio. La utilización práctica amplia de las fuerzas electromagnéticas ha determinado en gran medida el carácter de la civilización técnica contemporánea.

Las fuerzas electromagnéticas son parte de las denominadas fuerzas fundamentales. Son precisamente las fuerzas eléctricas las que hacen posible la existencia de todos los cuerpos macroscópicos, y sólo para la formación de cuerpos muy grandes, tales como los planetas o las estrellas, las fuerzas gravitatorias son las más importantes.

Las propiedades eléctricas de los cuerpos se describen mediante una magnitud física denominada carga. La carga puede ser positiva o negativa. Una ley muy importante es la ley de conservación de la carga, la cual afirma que la carga total de un sistema cerrado se conserva. Las partículas que poseen cargas de un mismo signo se repelen; por el contrario, las partículas con cargas de signos diferentes se atraen. La unidad de medida de la carga es el culombio.

La carga no puede existir por sí misma. Como acabamos de señalar, la carga es un parámetro que puede caracterizar los cuerpos o una parte de ellos. No obstante, para ser más concisos utilizaremos la palabra "carga" para referirnos a los cuerpos cargados.

La materia está formada por protones (de carga positiva) y electrones (de carga negativa). Generalmente, en los cuerpos macroscópicos el número de protones es igual, con bastante precisión, al número de electrones; por eso, la carga total de un cuerpo es prácticamente igual a cero, y las fuerzas eléctricas no se perciben desde el exterior. Mas, si el equilibrio entre los electrones y los protones se altera en algún cuerpo, éste actuará sobre otro cuerpo cargado. Para formarnos una idea de lo grande que son las fuerzas eléctricas y de lo preciso que es el equilibrio de las cargas en la materia, veamos el siguiente ejemplo: dos hombres separados a un metro de distancia se repelerán con una fuerza de 10²⁰ N si cada uno de ellos pierde tan sólo un electrón por cada millón de electrones de sus cuerpos. Esta fuerza es suficiente para levantar el Mar Negro.

Es necesario señalar un hecho muy importante: para poder describir exactamente la interacción electromagnética se debe introducir el concepto de campo (por supuesto que esto se refiere no sólo a la interacción electromagnética, sino también a cualquier otra interacción). ?`Por qué surge esta necesidad? La causa reside en que las fuerzas que actúan sobre una partícula cargada no pueden depender sólo de la posición de las otras partículas cargadas. Si la fuerza se determinara únicamente por la posición de las otras partículas, entonces cualquier variación de la posición de cualquier partícula influiría instantáneamente en las fuerzas que actúan sobre las demás; esto contradice la teoría de la relatividad y los datos experimentales.

Por tal razón, no es del todo correcto decir que una partícula cargada actúa sobre otra. Resulta más justo considerar que cualquier partícula cargada crea a su alrededor un campo, y que sobre cualquier otra partícula cargada actúa una fuerza condicionada por dicho campo. Al variar la posición de la partícula varía también el campo creado por ella. Esta variación se propaga en el espacio a una velocidad muy grande, pero finita: a la velocidad de la luz (c=3.10⁸  m/s).

Es conveniente dividir el campo creado por las cargas en dos tipos: campo eléctrico y campo magnético. El campo magnético puede ser generado por cargas en movimiento y actúa sobre cargas en movimiento.

Tanto para el campo eléctrico como para el magnético se cumple un importante principio, el principio de superposición: el campo creado en cualquier punto del espacio por varias cargas es igual a la suma de los campos creados por cada carga en dicho punto.

En este libro todos los vectores se representan con letras en negrilla (por ejemplo, E, r), mientras que los módulos de estos vectores y las magnitudes escalares se escriben con letras cursivas (por ejemplo, E, v, Q, x). El producto escalar de dos vectores se escribe como el producto usual entre dos magnitudes (por ejemplo, Fr, Edr) y el producto vectorial se escribe entre corchetes (por ejemplo, [vB]).

Todas las fórmulas del libro se dan en el Sistema Internacional de Unidades (SI).

Autor

Terminó la facultad de física de la Universidad Estatal M. V. Lomonósov de Moscú en 1974. En el año 1980 defendió la tesis doctoral en ciencias físico-matemáticas “Efectos ópticos no lineales en la frontera de separación de los medios”. Hasta el año 1987 trabajó en la facultad de física de la Universidad Estatal de Moscú, y desde ese mismo año trabaja en la Academia de Ciencias de la Federación Rusa. En 1991 defendió la tesis “Métodos y medios de control y registro de la radiación óptica basados en los efectos del calentamiento en no equilibrio y de la dispersión de la luz”, obteniendo así el título de Doctor en Ciencias. En 1997 A. V. Shepeliov recibe el alto grado académico de profesor.