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.

OH DIOS MÍO, ¿podemos finalmente entender bien la física … por favor

1) Un campo eléctrico “cambiante” NO PUEDE crear un campo magnético

2) Un campo magnético “cambiante” NO PUEDE crear un campo eléctrico

Esto es imposible: un cambio global instantáneo en todas partes del campo electromagnético violaría la relatividad. Claro, como físicos usamos liberalmente nuestra licencia poética para decir cosas como esta todo el tiempo, pero NUNCA deberíamos decir estas cosas a los estudiantes.

LOS FÍSICOS

Las partículas cargadas eléctricamente actúan como fuente del campo electromagnético. Si una partícula cargada apareciera, podríamos imaginar tubos de flujo eléctrico (D) fluyendo hacia afuera a la velocidad de la luz. Si movemos la carga, en relación con algún marco de referencia, encontramos líneas de cierta magnitud de intensidad de campo magnético (H) que se envuelven alrededor de la línea de movimiento de la partícula. La intensidad del campo eléctrico que define la fuerza (E) y el campo de inducción (B) se pueden derivar utilizando las relaciones constitutivas para un vacío.

Los campos E y B se calculan utilizando las ecuaciones de Jefimenko.

El punto:
Lo que implican las ecuaciones, incluso si los detalles no son claros para el novato, es que los campos eléctricos y magnéticos dependen solo de las cargas de la fuente.
Es nuestra ubicación en relación con los cargos de origen y sus movimientos lo que da lugar a los detalles de los campos que medimos. Ver: ecuaciones de Jefimenko

Entonces, ¿cuál es el mecanismo físico detrás de lo que sucede?

La creación del campo de radiación
Imagine una colección de cargas que se mueven de un lado a otro, tal vez una corriente que varía en el tiempo en una sección de cable. Cerca de la carga, las densidades que se mueven tienen campos eléctricos y magnéticos que se acumulan y decaen. Estos se llaman los campos cercanos. A cierta distancia, los campos cercanos se contraerán y, en sentido figurado, una burbuja de campo eléctrico y magnético se alejará flotando … a la velocidad de la luz. Este campo que pellizca y flota se llama campo de radiación.

Mira las animaciones aquí:
Página en mit.edu
8.02T>

Por lo tanto, cuando decimos que el campo eléctrico se está volviendo cada vez más débil, nos referimos a las medidas de una “nube” de campo electromagnético que flota junto a nosotros. Un campo eléctrico creciente es el resultado de la separación de carga en algún momento de retardo.

Entonces, ¿por qué el lenguaje jodido?

Sospecho que proviene de una mala lectura de las ecuaciones de Maxwell. Considerar:

Me imagino leyendo la ecuación como el campo de inducción magnética (B) que cambia el tiempo y causa la curvatura de la intensidad del campo eléctrico (E). Pero eso es leer en la ecuación lo que no está allí, específicamente, no hay retraso de tiempo entre los lados izquierdo y derecho de la ecuación.

¿Que se dice?
La respuesta puede ser un poco más obvia si escribimos la misma ecuación de esta manera:

Así que imagina a una persona con detectores en algún momento del espacio. Los detectores miden las intensidades de campo eléctrico y magnético. A medida que una onda electromagnética pasa por los detectores, cada detector genera un conjunto de números. Lo que dicen las ecuaciones de Maxwell es que existe una relación matemática entre los dos conjuntos de números y donde encontramos que un campo cambia, también encontramos el otro campo asociado.

Nota final
Puede ser dolorosamente confuso para el novato que está tratando de imaginar cómo es que un campo eléctrico debilitado construye un campo magnético de la nada. Deseo un foro donde los físicos aquí en Quora puedan llegar a un acuerdo sobre la presentación de alta calidad de los conceptos más sutiles de la física.

Los mejores deseos en su estudio de electromagnetismo, y si necesita más aclaraciones, sabe dónde encontrarnos.

∇⋅E = ρ / ϵ-eq1

La ecuación 1 indica cuando hay cierto volumen en el espacio donde su densidad de carga de volumen es ρ, entonces el espacio genera, o el campo eléctrico se desvía del espacio cargado (“∇” representa la divergencia del campo desde un cierto punto en el espacio) que es muy lúcido desde abajo figura

Si hay espacio con carga negativa, entonces hay convergencia del campo eléctrico o el campo eléctrico es absorbido por el espacio que Maxwell da matemáticamente como la primera ecuación de Maxwell delineada arriba …

∇⋅B = 0-eq2

Esta ecuación indica que no hay ningún punto en el espacio donde el campo magnético diverge o diverge, el campo magnético forma solo bucles cerrados …

La consecuencia de esta afirmación es que los monopolos magnéticos no existen a diferencia de una unidad de carga positiva o unidad de carga negativa que hizo la diferencia de la primera ecuación de Maxwell a la segunda ecuación que dice que la divergencia del campo magnético desde un punto en el espacio es matemáticamente cero.

∇ × E = −dB / dt-eq3

Cuando el campo eléctrico es conservador o electrostático, entonces el campo eléctrico no puede girar es porque si está girando la dirección del campo eléctrico está cambiando en otro sentido, el vector de campo eléctrico conservador es irritacional (∇ × E = 0)

Del cross (∇ × E) indica que los campos eléctricos giratorios no son conservadores o no electrostáticos, lo que indica que la dirección de los campos eléctricos varía en cada punto del espacio, como mencioné, la magnitud contemporánea de “remolinos” también puede variar y esto genera un campo magnético variable en el tiempo …

∇ × B = μJ + μϵdE / dt-eq4

Esta ecuación es dual de la ecuación anterior en la que se infiere que los campos magnéticos que giran producen campos magnéticos que no son conservativos ni de naturaleza electrostática, a diferencia de los campos eléctricos diseminados por las cargas electrostáticas de naturaleza conservadora.

Para tratar cualquier tipo de problemas relacionados con el campo eléctrico, magnético, carga, etc., uno debe recurrir al elegante conjunto de ecuaciones de Maxwell. Todo lo que quieras saber sobre el electromagnetismo, está ahí en la fórmula de Maxwell. Las ecuaciones de Maxwell dicen …

[matemáticas] \ nabla \ veces E = – \ frac {dB} {dt} [/ matemáticas]
[matemáticas] \ nabla \ veces B = \ mu J + \ mu \ epsilon \ frac {dE} {dt} [/ matemáticas]
[matemáticas] \ nabla \ cdot E = \ frac {\ rho} {\ epsilon} [/ matemáticas]
[matemáticas] \ nabla \ cdot B = 0 [/ matemáticas]

El cambio de campo eléctrico y magnético está relacionado con las dos primeras ecuaciones. La primera ecuación establece que si hay un campo magnético que cambia su valor o dirección con el tiempo, el proceso dará lugar a un campo eléctrico (más precisamente, una curva del campo eléctrico que significa que el campo eléctrico con un círculo alrededor del campo magnético variable en el tiempo ) Suponga que en [matemática] t = 1 [/ matemática] el valor de [matemática] B [/ matemática] es 10. en [matemática] t = 2 [/ matemática], [matemática] B [/ matemática] se convierte en 15. Eso significa B ha cambiado con el tiempo y ese cambio dará lugar a un campo eléctrico. Observe que el campo eléctrico solo surge mientras B siga cambiando con el tiempo.

La segunda ecuación establece que una corriente o un campo eléctrico que cambia su valor o dirección con el tiempo o que ambos suceden al mismo tiempo dará lugar a un campo magnético (más precisamente un rizo de campo magnético que significa que el campo magnético con círculo alrededor del tiempo que cambia el campo eléctrico o la corriente). Para visualizarlo, simplemente reemplace B y E entre sí en la imagen de arriba. Esto es lo que sucede en un condensador de corriente alterna. Aunque no hay flujo de carga ([matemática] J [/ matemática] en la ecuación 2 es cero) entre dos placas de un condensador en CA, hay un campo magnético debido al cambio del valor del campo eléctrico con el tiempo. Cuando no hay cambios en el campo eléctrico, una corriente continua también dará lugar a un rizo de campo magnético.

Debe enfatizarse que cambiar el campo eléctrico no se convierte en campo magnético o viceversa. Un archivo modificado crea el otro campo, mientras que el campo cambiante también permanece en el proceso.

Así es como se explica el electromagnetismo no relativista. En el punto de vista relativista (Einstein y Co.: p), los campos eléctricos y magnéticos son los mismos que los del usuario de Quora.

Los supuestos en su pregunta son incorrectos. El campo magnético es un campo ficticio, una simplificación. Es el efecto de las cargas que se mueven entre sí y la Contracción de Lorentz.

Ya he escrito un par de respuestas sin matemática necesaria, con algunas ilustraciones:

La respuesta de Steven J Greenfield a ¿Por qué una carga en movimiento produce un campo magnético a su alrededor?

La respuesta de Steven J Greenfield a ¿Cuál es exactamente la relación entre electricidad, magnetismo y luz?

Perdóname por no proporcionar imágenes, pero puedo ofrecer una respuesta a tu pregunta en palabras.

En este caso, “cambiar” significa cambiar en el tiempo. Por ejemplo, cuando se mueve una carga eléctrica, su campo cambiará en función del tiempo. En consecuencia, habrá un campo magnético. Esto se conoce como ley de Ampere: por ejemplo, cuando los electrones (cargas) se mueven en un conductor (corriente en un cable), habrá un campo magnético que desvía las agujas de la brújula.

Con respecto a la segunda parte de su pregunta, sí, los campos eléctricos pueden convertirse en campos magnéticos y viceversa, de dos maneras interesantes.

Primero, una carga que se mueve en línea recta a velocidad constante, como lo ve un observador, puede aparecer como una carga estacionaria para otro observador. Si pudieras correr junto a un cable a la misma velocidad que los portadores de carga que se mueven en él, una aguja de la brújula que puedas llevar no se desviaría; no detectarías ningún campo magnético. Al mismo tiempo, la aguja de la brújula de un observador estacionario sería desviada por lo que ese observador ve como cargas moviéndose en el cable. Esto demuestra que lo que llamamos campos eléctricos versus campos magnéticos depende completamente del movimiento del observador.

Segundo, un campo eléctrico cambiante puede crear un campo magnético y viceversa. Si mueve una carga eléctrica de un lado a otro, crea un campo eléctrico ondulante, que, a su vez, crea un campo magnético ondulante, que crea un campo eléctrico ondulante, hasta el infinito. Estas oscilaciones son, de hecho, ondas electromagnéticas libres: ondas de radio, rayos de luz, rayos gamma, etc. Después de que Maxwell escribió la teoría que hoy conocemos como ecuaciones de Maxwell (en realidad escritas en forma moderna por Heaviside; la notación de Maxwell fue mucho más engorrosa ), rápidamente descubrió esto y se dio cuenta también de que la velocidad de estas ondas es igual a la velocidad de la luz. Maxwell concluyó que la luz, por lo tanto, también es una onda electromagnética y, por lo tanto, no solo unificó la electricidad y el magnetismo, sino también la óptica. Un cuarto de siglo después, Hertz realizó su famoso experimento demostrando la existencia de estas ondas electromagnéticas invisibles, sentando las bases para pioneros posteriores como Marconi. El resto, como ellos dicen, es historia.

Considere una carga suspendida libremente en el espacio. Esto da lugar a un campo eléctrico. Supongamos que después de algún tiempo, la carga se elimina del marco de referencia, entonces, existe un vector de densidad de corriente que viene dado por la ecuación de continuidad,
[matemáticas]
\ nabla \ cdot J = – \ frac {\ partial \ rho} {\ partial t}
[/matemáticas]
La ecuación de continuidad se basa en la ley de conservación de la carga. La ecuación de Poisson está dada por
[matemáticas]
\ nabla \ cdot E = \ frac {\ rho} {\ epsilon}
[/matemáticas]
Al combinar las dos ecuaciones anteriores, se puede obtener lo siguiente
[matemáticas]
\ nabla \ cdot J = – \ nabla \ cdot (\ epsilon \ frac {\ partial E} {\ partial t}) [/ math]
Cuando la carga se elimina repentinamente del marco de referencia, hay una tasa de cambio de carga, que da como resultado una corriente, que a su vez produce un campo magnético variable en el tiempo. Este campo magnético variable en el tiempo da lugar a un campo eléctrico que es dado por la ley de Faraday en forma diferencial como,
[matemáticas] \ nabla \ veces E = – \ frac {\ partial B} {\ partial t} [/ math]
El campo eléctrico [matemática] E [/ matemática] parece tener un rizo. Entonces, en este proceso, un campo magnético variable en el tiempo crea un campo eléctrico y un campo eléctrico variable en el tiempo crea un campo magnético. Este proceso continúa y, como resultado, se transmite una onda electromagnética en el espacio.

Hmm, bueno, la respuesta real es que son realmente lo mismo, desde un punto de vista relativista, pero esa no es la explicación clásica.

“Cambiar” aquí significa que la amplitud del campo, en voltios por metro, está cambiando. Por ejemplo, si conecta un cable de 1 metro de largo a una toma de corriente alterna de 120 voltios (no lo haga), habrá un voltaje máximo de 1.414 veces eso, o casi 170 voltios de extremo a extremo, y 1/120 de segundo más tarde el voltaje se invertirá al revés. Ese es un campo de 170 voltios / metro que cambia a una velocidad de 60 ciclos por segundo, y generará un campo magnético complementario en ángulo recto con el cable. (¡No intentes esto, el cable se derretirá o se fundirá un fusible!). Para fotos ir a Wikipedia.