Cuando un campo eléctrico en movimiento crea un campo magnético o viceversa, ¿es estático el campo creado?

La comprensión aquí es fundamentalmente defectuosa: los campos eléctricos y magnéticos no pueden cambiar.

  1. El movimiento relativo con respecto a un campo eléctrico no crea un campo magnético, o viceversa. ver nota [1]
  2. Los campos eléctricos que varían con el tiempo no crean campos magnéticos, o viceversa. ver nota [2]

¿Qué se puede cambiar?
La distribución y el movimiento de partículas cargadas.

Dicho esto … tu respuesta
Tu intuición es correcta. Hay una secuencia aparentemente infinita de campos eléctricos y magnéticos que deberían aparecer, desaparecer, reaparecer, etc., etc.

Entonces, entendamos el origen de esto. Supongamos que tenemos una gran bola de alambre y la usamos para cortocircuitar una batería. Los electrones en la bola de alambre se acelerarán en respuesta a los campos electromagnéticos de la batería y los cables de conexión, y esto tiene consecuencias …

Cuando cualquier partícula cargada se acelera, crea una torcedura o ondulación en el campo de esa partícula (vea las imágenes a continuación). [3]


Fluyendo de la pelota
Esta deformación en los campos de todos los electrones acelerados luego se dispersa y rodea otras partes de la bola de alambre, acelerando otros electrones en otros lugares. Esto crea innumerables corrientes transitorias que a su vez generan sus propios pulsos, que a su vez … y que fluyen desde la pelota …

El vigilante
Lejos del cable, un observador con detectores que miden los campos eléctricos y magnéticos verá aparecer, desaparecer y reaparecer campos eléctricos y magnéticos. Sin darse cuenta de la bola de alambre, al observador le parece que los campos eléctricos y magnéticos cambiantes se crean uno fuera del otro, en los puntos del detector, todo de acuerdo con las ecuaciones de Maxwell.

¿Siempre?
El proceso no continúa para siempre porque la mayor parte de la energía del transitorio de cortocircuito inicial se irradia y hay pérdidas de energía por el calentamiento de julios. La velocidad de la luz es rápida, los cables son pequeños, por lo que todo el proceso se instala en su configuración de campo estático muy rápidamente.

Sonando y Simetría
Si la bola de alambre es simétrica, como en un inductor bien diseñado, entonces los pulsos llegarán simétricamente a otras partes de la bobina y la bobina resonará. La frecuencia de resonancia de la bobina dependerá de las propiedades del material de la bobina y de cómo la bobina está acoplada a otros elementos del circuito.

Para estudiantes y curiosos intelectuales
Los campos de radiación de las cargas aceleradas pueden dar una sensación intuitiva profunda de inducción electromagnética, especialmente con la ley de Lenz y los fenómenos de back-emf. Realmente, dibuje algunas bobinas simples y vea cómo los campos de radiación generan efectos inductivos: el poder explicativo le sorprenderá. [Te recomiendo que hagas la aritmética usando las ecuaciones de Maxwell por su simplicidad matemática.]

NOTAS

[1] Un hombre ciego que se mueve mientras examina a un elefante, no está cambiando el elefante en diferentes criaturas, sino simplemente examinando diferentes partes del mismo animal. Del mismo modo, moverse en relación con los campos eléctricos y magnéticos no cambia estos campos; El movimiento relativo solo examina diferentes partes del mismo campo electromagnético. Para los curiosos, ver:
Electromagnetismo clásico y relatividad especial

[2] Aquí se puede encontrar una explicación detallada de los campos que varían en el tiempo.
La respuesta de Harry McLaughlin a Un campo eléctrico cambiante crea un campo magnético y también al revés. ¿Qué se entiende por cambio y el campo eléctrico cambiante se convierte en un campo magnético o crea otro campo magnético? Explicar con algunas fotos.

[3] La descomposición de Fourier de tales “torceduras” en el campo revela que consisten en una mezcla de frecuencias y, por lo tanto, son “ruido”. Por esta razón, evito cualquier referencia a longitudes de onda u otras propiedades de onda.

Todo se reduce a las ecuaciones de Maxwell:

[matemáticas] \ nabla \ cdot E = \ frac {\ rho} {\ epsilon_0} [/ matemáticas]
[matemáticas] \ nabla \ cdot B = 0 [/ matemáticas]
[matemáticas] \ nabla \ veces E = – \ frac {\ partial B} {\ partial t} [/ math]
[matemáticas] \ nabla \ veces B = \ mu_0 (J + \ epsilon_0 \ frac {\ partial E} {\ partial t}) [/ math]

Son las dos últimas ecuaciones las que responden a su pregunta. Para aquellos que no están familiarizados con el cálculo, [math] \ nabla [/ math] es un tipo de derivada espacial, lo que significa que calcula cuánto cambia algo en el espacio, y [math] \ frac {\ partial} {\ partial t} [/ math] es una derivada del tiempo que calcula cuánto cambia algo con el tiempo.

Las últimas dos ecuaciones nos dicen que cuando un campo magnético cambia en el tiempo, hace que un campo eléctrico varíe en el espacio, y si un campo eléctrico cambia con el tiempo, hace que un campo magnético cambie en el espacio. Como en ambos casos los campos resultantes cambian de un punto a otro, no serán idénticamente [matemática] 0 [/ matemática] en todas partes.

Para responder a una de sus preguntas implícitas, puede ser un efecto de retroalimentación, ya que el campo magnético cambiante provoca un campo eléctrico cambiante y, por lo tanto, hace que cambie el campo magnético. Los ejemplos más simples son las ondas electromagnéticas, en las cuales los “términos fuente” ([matemática] \ rho [/ matemática] y [matemática] J [/ matemática], densidad de carga y densidad de corriente, respetuosamente) son [matemática] 0 [/ matemática ] Con algunas manipulaciones elegantes de cálculo de vectores, las ecuaciones se convierten en:

[matemáticas] \ nabla ^ 2 E- \ mu_0 \ epsilon_0 \ frac {\ partial ^ 2 E} {\ partial t ^ 2} = 0 [/ matemáticas]
[matemáticas] \ nabla ^ 2 B- \ mu_0 \ epsilon_0 \ frac {\ partial ^ 2 B} {\ partial t ^ 2} = 0 [/ matemáticas]

Estas son ecuaciones de onda. Para entender cómo cada campo está causando el otro, aquí hay una buena animación:
(De las ecuaciones de Maxwell)

No, usted acaba de describir las ecuaciones de Maxwell … un campo eléctrico cambiante provoca un campo magnético cambiante y viceversa … esto es propagación de ondas.

Cada uno de los campos eléctricos y magnéticos que resultan el uno del otro son siempre de naturaleza electrodinámica hasta el infinito.

Lo que usted describe no es un problema, es un fenómeno bien conocido llamado onda electromagnética. De hecho, el campo creado no puede ser estático a menos que los cambios en el otro campo sean lineales en el tiempo. Pero puede mantener los campos creciendo linealmente solo por un período de tiempo finito.

Los campos no son estáticos. Son dinámicos. Vea la respuesta de Henry Smith , especialmente la animación genial.

Dinámico no significa aumentar continuamente a medida que te preocupas en los Detalles de la pregunta. No hay amplificación necesaria, así que no hay problema que resolver.

Esto se conoce como “onda electromagnética” y nos permite ver la luz y transmitir radio.

La ecuación de Maxwell.