Conceptos Clave de Electromagnetismo

Dieléctricos

Al insertar un dieléctrico entre las placas de un condensador, el voltaje disminuye, al igual que el campo eléctrico, siempre y cuando la carga permanezca constante. Existen dos tipos principales de dieléctricos:

• Aquellos constituidos por moléculas con momento dipolar permanente.
• Aquellos que se polarizan al aplicar un campo eléctrico externo.

La polarización del dieléctrico induce un campo eléctrico que reduce el campo eléctrico neto dentro del condensador. Este efecto se cuantifica mediante la constante dieléctrica (K) del material. Si el campo eléctrico es excesivamente alto, el dieléctrico puede romperse y conducir electricidad; este límite se conoce como rigidez dieléctrica.

Efecto Hall

Una sonda Hall es una lámina delgada que permite medir campos magnéticos al paso de una corriente eléctrica. Cuando el campo eléctrico es suficiente, la fuerza electrostática compensa la fuerza magnética. Midiendo la diferencia de potencial en la lámina, se puede determinar el campo magnético perpendicular a la misma.

Clasificación Magnética de Materiales

Los materiales se clasifican magnéticamente en:

• Diamagnéticos: μ ≈ μ₀. No presentan campo magnético interno ni se magnetizan.
• Paramagnéticos: μ ≥ μ₀. Poseen dipolos internos débiles que no interactúan entre sí.
• Ferromagnéticos: μ >> μ₀. Pueden presentar magnetización. Al alinear completamente sus dipolos, alcanzan la magnetización máxima y el campo magnético de saturación.

Polarización de Ondas

La polarización es una característica de las ondas transversales. Una onda está linealmente polarizada cuando la magnitud física oscila en una sola dirección. La dirección de polarización de una onda linealmente polarizada es la dirección del campo eléctrico. Un filtro polarizador permite el paso de ondas polarizadas a lo largo de su eje y bloquea las polarizadas perpendicularmente a él.

Métodos de Polarización

• Polarizadores dicroicos: Absorben selectivamente una componente del campo eléctrico.
• Polarización por reflexión: La luz no polarizada que incide en la superficie de separación de dos materiales en un ángulo específico se polariza en la dirección transversal al plano.
• Polarización por birrefringencia: Ciertos materiales separan las componentes perpendiculares de la polarización, actuando como si tuvieran dos índices de refracción distintos.

Difracción

La luz monocromática está compuesta por ondas con la misma frecuencia. Dos fuentes son coherentes si en un punto del espacio se mantiene una relación de fase estable en el tiempo entre las ondas generadas.

Principio de Superposición

Si dos o más ondas coexisten en la misma región del espacio y el medio es lineal, la onda resultante es la suma algebraica de las ondas individuales. Ninguna onda se ve alterada por la presencia de otras.

Casos Generales de Superposición

• Ondas que interfieren con igual frecuencia y amplitud, pero que se propagan en sentidos opuestos (ondas estacionarias).
• Superposición de dos ondas armónicas con igual frecuencia, amplitud y dirección, pero desfasadas en φ radianes.
• Superposición de dos ondas con frecuencias ligeramente diferentes (pulsaciones). La amplitud resultante puede ser constructiva (se suman) o destructiva (se restan).

Inducción Electromagnética

Ley de Inducción de Henry-Faraday

En un circuito cerrado, se induce una fuerza electromotriz (FEM) y una corriente proporcional a la variación del flujo del campo magnético a través de la superficie encerrada por el circuito.

Ley de Lenz

La FEM y la corriente inducida se oponen a los cambios que las producen. La FEM se induce si cambia el módulo del campo magnético (B), el área de la espira o la orientación de la espira respecto a B. Por ejemplo:

• Al acercar un imán a una espira, se induce una corriente que genera un campo magnético que se opone al aumento del flujo magnético inicial.
• Al aumentar el área encerrada por una espira, se induce una corriente que genera un campo magnético que se opone al aumento del flujo.

Campo Eléctrico Inducido (Ley de Faraday y Lenz)

El cambio en el flujo magnético induce un campo eléctrico en una región del espacio. Si hay un conductor, este campo mueve las cargas, generando una corriente inducida. La dirección del campo inducido coincide con el movimiento de las cargas positivas y, por lo tanto, con la corriente inducida. Este campo no es conservativo y su circulación en una curva cerrada no es nula, sino igual al cambio de flujo por unidad de tiempo en el área encerrada.

Corrientes Inducidas de Foucault

Al mover una lámina metálica en presencia de un campo magnético, se inducen corrientes dentro de la lámina. Estas corrientes generan una fuerza magnética que tiende a frenar el movimiento. Las corrientes de Foucault aparecen incluso en láminas conductoras, no solo en hilos o espiras.

Inducción Mutua

Cuando hay dos circuitos o bobinas por los que circulan corrientes variables (i1 e i2), en el circuito 2 se induce una FEM (ε) debido a la variación de i1. El coeficiente de inducción mutua depende de la geometría de los circuitos y de los materiales.

Autoinducción

En una bobina de N espiras, si cambia el flujo de B que la atraviesa debido a un cambio en su intensidad, aparece una FEM inducida en ella. La autoinducción también depende de la geometría del sistema.