¿Cuál es la causa de la inducción electromagnética o el efecto magnético de la corriente?

Relatividad.

La electrodinámica cuántica explica que todas las interacciones de partículas están mediadas por bosones. El bosón de la interacción electromagnética es el fotón virtual.

Si supone que una carga emite fotones virtuales isotrópicamente a una velocidad fija proporcional a la carga, entonces, usando ese modelo, es bastante fácil deducir la ley de Coulomb donde la intensidad de campo es proporcional a la densidad de fotones.

Ahora comience a mover la carga.

Si las intensidades de campo se deben al intercambio de fotones, ¿qué sucede cuando la carga se mueve?

(Gracias a Giordan Stark por encontrar esta imagen).

Se distorsiona el campo. Dado que el campo solo puede responder a la velocidad de la luz, y mover la carga hacia adelante no cambia la velocidad de los fotones en ninguna dirección, el campo se estirará detrás del movimiento de la carga y se comprimirá frente a él.

Las ecuaciones de Maxwell suponen que el campo eléctrico no cambia con el movimiento de la carga, sino que invoca un campo magnético que ocurre con la carga.

(La derivación matemática completa de lo siguiente está en el libro al que no tengo acceso en este momento).

Lo interesante es que si tomas el producto cruzado de los cambios inducidos por el movimiento en el campo virtual de fotones y el campo que estaría allí si no hubiera distorsión relativista, ese producto cruzado representa el campo magnético.

Además, si usa los campos magnéticos y vuelve a usar el producto cruzado prescrito por Lorentz para calcular la fuerza magnética en otra carga en movimiento, el producto cruzado produce un resultado de fuerza equivalente a solo usar el campo de fotón virtual desplazado por la relatividad.

La descripción de los imanes permanentes se puede hacer usando el mismo modelo básico, solo que esta vez incorporando el momento angular. Si en lugar de usar una carga puntual, toma una carga con un volumen finito (pero cercano a cero) y asume que está compuesta de cargas mucho más pequeñas, y le da un momento angular, los desplazamientos de las cargas mucho más pequeñas un finito (pero muy pequeña) distancia del centro da al campo magnético distorsiones equivalentes al campo de fotones.

El magnetismo se puede describir utilizando solo cargas eléctricas y relatividad.

A nivel molecular tiene que ver con el Spin (física) de las partículas fundamentales, sobre el que no estoy en condiciones de escribir.
En un nivel muy abstracto, y según tengo entendido, podría comenzar viéndolo como una versión electromagnética de la tercera ley de Newton, o esencialmente como la conservación de la energía. Conocida como la ley de Lenz, afirma que un campo magnético cambiante produce una corriente que apunta a oponerse al campo magnético cambiante. Al igual que la inercia, el bucle trataría de mantener constante el flujo magnético dentro de él, lo que hace al crear un campo magnético opuesto (a través de la corriente).

Por lo que recuerdo de mis días de preparación de entrada, la respuesta a su pregunta se encuentra en la cuarta de las ecuaciones de Maxwell sobre electromagnetismo (Ley de Ampere más la corriente de desplazamiento de Maxwell).


La Relatividad Especial también usa las ecuaciones de Maxwell pero escritas en una forma covariante, es decir, tanto el campo magnético como el campo eléctrico son manifestaciones dependientes del observador de la misma forma, es decir, si te mueves con la corriente no observarás un campo magnético.

La causa inmediata es la presencia del operador de rizo (a menudo también escrito como [math] \ nabla \ times [/ math]) en la forma diferencial de dos de las ecuaciones de Maxwell. El operador de curvatura mide la medida en que las líneas de un campo “se curvan” a la derecha alrededor de un eje. Entonces, la Ley de Ampere (según lo extendido por Maxwell),
[matemáticas] \ nabla \ veces B = \ mu_0 (J + \ epsilon_0 \ partial E / \ partial t) [/ math]
dice que el campo magnético tiende a curvarse alrededor del flujo de corriente J (así como también alrededor de campos eléctricos crecientes), y la ecuación de Maxwell-Faraday,
[matemática] \ nabla \ veces E = – \ parcial B / \ parcial t [/ matemática]
dice que E tiende a curvarse alrededor de campos magnéticos crecientes (pero zurdo debido al signo menos).

La inducción electromagnética es entonces ambos procesos en serie: cada pequeño segmento de conductor que transporta corriente en una bobina produce un campo magnético rizado, y debido a la geometría de la bobina, estos incrementos tienden a reforzarse en el interior de la bobina y conducen a un gran campo allí.

Luego, al intentar cambiar la corriente en la bobina, el campo magnético cambia, lo que conduce a un campo eléctrico rizado que es especialmente fuerte alrededor del eje de la bobina (a lo largo del cual el campo magnético es fuerte). Esto actúa de nuevo en la corriente en la bobina que conduce al fenómeno de (auto) inducción. También actúa sobre cualquier otra bobina en las proximidades, creando un transformador.