Campo eletromagnetico

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Campos elétricos e magnéticos produzidos por objetos carregados em movimento

Um campo eletromagnético (também campo EM ou EMF) é um campo clássico (ou seja, não quântico) produzido por cargas elétricas em movimento. É o campo descrito pela eletrodinâmica clássica (uma teoria de campo clássica) e é a contraparte clássica do tensor de campo eletromagnético quantizado na eletrodinâmica quântica (uma teoria de campo quântica). O campo eletromagnético se propaga na velocidade da luz (na verdade, esse campo pode ser identificado como luz) e interage com cargas e correntes. Sua contraparte quântica é uma das quatro forças fundamentais da natureza (as outras são a gravitação, a interação fraca e a interação forte).

O campo pode ser visto como a combinação de um campo elétrico e um campo magnético. O campo elétrico é produzido por cargas estacionárias e o campo magnético por cargas em movimento (correntes elétricas); esses dois são frequentemente descritos como as fontes do campo. A maneira pela qual as cargas e correntes interagem com o campo eletromagnético é descrita pelas equações de Maxwell (que também descreve como o campo variável no tempo pode produzir outros campos e explica por que a radiação eletromagnética não precisa de nenhum meio para propagação) e a lei da força de Lorentz.

De uma perspectiva clássica na história do eletromagnetismo, o campo eletromagnetismo pode ser considerado como um campo liso, contínuo, propagado de uma maneira wavelike. Em contraste, a partir da perspectiva da teoria quântica de campo, este campo é visto como quantizado; o que significa que o campo quântico livre (ou seja, campo não interagindo) pode ser expresso como a soma Fourier da criação e dos operadores de aniquilação no espaço de energia-momento, enquanto os efeitos do campo quântico interagindo podem ser analisados na teoria da perturbação através da S-matrix com a ajuda de toda uma série de técnicas matemáticas de correlação do tempo, etc. Note que o campo quantificado ainda é espacialmente contínuo; seu estados de energia no entanto são discretos; A sua valores de energia devem ser múltiplos inteiros de hfNão., discreto quanta de energia chamada fotões criados pelos operadores de criação do campo quântico. Em geral, a frequência fNão. do campo quantificado pode ser qualquer valor acima de zero, e, portanto, o valor da energia quântica (fotão) pode ser qualquer valor acima de zero, ou mesmo variar continuamente no tempo.

Uma onda eletromagnética sinusoidal propagando ao longo do eixo z positivo, mostrando o campo elétrico (azul) e vetores de campo magnético (vermelho).

Estrutura

O campo eletromagnético pode ser visto de duas formas distintas: uma estrutura contínua ou uma estrutura discreta.

Estrutura contínua

Classicamente, pensa-se que os campos elétricos e magnéticos são produzidos por movimentos suaves de objetos carregados. Por exemplo, cargas oscilantes produzem variações em campos elétricos e magnéticos que podem ser vistos de forma "suave", contínua e ondulatória. Nesse caso, a energia é vista como sendo transferida continuamente através do campo eletromagnético entre dois locais quaisquer. Por exemplo, os átomos de metal em um transmissor de rádio parecem transferir energia continuamente. Essa visão é útil até certo ponto (radiação de baixa frequência); no entanto, problemas são encontrados em altas frequências (ver catástrofe ultravioleta).

Estrutura discreta

O campo eletromagnético pode ser pensado de uma forma mais 'grosseira' caminho. Experimentos revelam que, em algumas circunstâncias, a transferência de energia eletromagnética é melhor descrita como sendo transportada na forma de pacotes chamados quanta com uma frequência fixa. A relação de Planck vincula a energia do fóton E de um fóton à sua frequência f por meio da equação:

E= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =hfNão. E

onde h é a constante de Planck e f é a frequência do fóton. Embora a ótica quântica moderna nos diga que também existe uma explicação semiclássica do efeito fotoelétrico – a emissão de elétrons de superfícies metálicas submetidas à radiação eletromagnética – o fóton foi historicamente (embora não estritamente necessário) usado para explicar certas observações. Verifica-se que o aumento da intensidade da radiação incidente (desde que se permaneça no regime linear) aumenta apenas o número de elétrons ejetados e quase não tem efeito na distribuição de energia de sua ejeção. Apenas a frequência da radiação é relevante para a energia dos elétrons ejetados.

Esta imagem quântica do campo eletromagnético (que o trata como análogo aos osciladores harmônicos) provou ser muito bem-sucedida, dando origem à eletrodinâmica quântica, uma teoria quântica de campos que descreve a interação da radiação eletromagnética com a matéria carregada. Também dá origem à óptica quântica, que é diferente da eletrodinâmica quântica, pois a própria matéria é modelada usando a mecânica quântica em vez da teoria quântica de campos.

Dinâmica

No passado, pensava-se que os objetos eletricamente carregados produziam dois tipos diferentes e não relacionados de campos associados à sua propriedade de carga. Um campo elétrico é produzido quando a carga é estacionária em relação a um observador que mede as propriedades da carga, e um campo magnético e também um campo elétrico são produzidos quando a carga se move, criando uma corrente elétrica em relação a esse observador. Com o tempo, percebeu-se que os campos elétrico e magnético são melhor pensados como duas partes de um todo maior – o campo eletromagnético. Até 1820, quando o físico dinamarquês H. C. Ørsted mostrou o efeito da corrente elétrica na agulha de uma bússola, a eletricidade e o magnetismo eram vistos como fenômenos não relacionados. Em 1831, Michael Faraday fez a observação seminal de que campos magnéticos variáveis no tempo poderiam induzir correntes elétricas e, em 1864, James Clerk Maxwell publicou seu famoso artigo "Uma teoria dinâmica do campo eletromagnético".

Uma vez que este campo eletromagnético foi produzido a partir de uma determinada distribuição de carga, outros objetos carregados ou magnetizados neste campo podem experimentar uma força. Se essas outras cargas e correntes forem comparáveis em tamanho às fontes que produzem o campo eletromagnético acima, um novo campo eletromagnético líquido será produzido. Assim, o campo eletromagnético pode ser visto como uma entidade dinâmica que faz com que outras cargas e correntes se movam, e que também é afetado por elas. Essas interações são descritas pelas equações de Maxwell e pela lei da força de Lorentz.

The most obvious ways of combining the two (such as treating gravity as just another field of particles) quickly leads to what is known as the renormalization problem. Gravity (carrier) particles would attract each other, and if you add all the interactions together, you end up with many infinite outcomes that cannot easily be cancelled. This is in contrast to quantum electrodynamics where the interactions give rise to some infinite outcomes, but these are few enough in number to be eliminable via renormalization.

O comportamento do campo eletromagnético pode ser dividido em quatro partes diferentes de um loop:

  • os campos elétricos e magnéticos são gerados movendo cargas elétricas,
  • os campos elétricos e magnéticos interagem entre si,
  • os campos elétricos e magnéticos produzem forças em cargas elétricas,
  • as cargas elétricas se movem no espaço.

Um mal-entendido comum é que (a) os quanta dos campos agem da mesma maneira que (b) as partículas carregadas, como os elétrons, que geram os campos. Em nosso mundo cotidiano, os elétrons viajam lentamente através de condutores com uma velocidade de deriva de uma fração de centímetro por segundo e através de um tubo de vácuo a velocidades de cerca de 1000 km/s, mas os campos se propagam à velocidade da luz, aproximadamente 300 000 quilômetros (ou 186 000 milhas) por segundo. A relação de velocidade entre partículas carregadas em um condutor e quanta de campo é da ordem de um para um milhão. As equações de Maxwell relacionam (a) a presença e movimento de partículas carregadas com (b) a geração de campos. Esses campos podem então afetar a força e mover outras partículas carregadas que se movem lentamente. Partículas carregadas podem se mover em velocidades relativísticas próximas às velocidades de propagação de campo, mas, como Albert Einstein mostrou, isso requer enormes energias de campo, que não estão presentes em nossas experiências cotidianas com eletricidade, magnetismo, matéria, tempo e espaço.

O loop de feedback pode ser resumido em uma lista, incluindo fenômenos pertencentes a cada parte do loop:

  • partículas carregadas geram campos elétricos e magnéticos
  • os campos interagem uns com os outros
    • mudar o campo elétrico age como uma corrente, gerando 'vortex' do campo magnético
    • Indução Faraday: mudando o campo magnético induz vórtice (negativo) do campo elétrico
    • Lei de Lenz: loop de feedback negativo entre campos elétricos e magnéticos
  • campos atuam sobre partículas
    • Força de Lorentz: força devido ao campo eletromagnético
      • força elétrica: mesma direção do campo elétrico
      • força magnética: perpendicular tanto ao campo magnético e à velocidade da carga
  • partículas carregadas mover
    • corrente é movimento de partículas
  • partículas carregadas geram mais campos elétricos e magnéticos; ciclo repete

Descrição matemática

Existem diferentes formas matemáticas de representar o campo eletromagnético. A primeira vê os campos elétrico e magnético como campos vetoriais tridimensionais. Cada um desses campos vetoriais tem um valor definido em cada ponto do espaço e do tempo e, portanto, são frequentemente considerados como funções das coordenadas de espaço e tempo. Como tal, eles geralmente são escritos como E(x, y, z, t) (campo elétrico) e B(x, y , z, t) (campo magnético).

Se apenas o campo elétrico (E) for diferente de zero e constante no tempo, diz-se que o campo é um campo eletrostático. Da mesma forma, se apenas o campo magnético (B) for diferente de zero e constante no tempo, diz-se que o campo é um campo magnetostático. No entanto, se o campo elétrico ou magnético depende do tempo, ambos os campos devem ser considerados juntos como um campo eletromagnético acoplado usando as equações de Maxwell.

Com o advento da relatividade especial, as leis físicas tornaram-se suscetíveis ao formalismo dos tensores. As equações de Maxwell podem ser escritas na forma tensorial, geralmente vista pelos físicos como um meio mais elegante de expressar as leis físicas.

O comportamento dos campos elétricos e magnéticos, seja nos casos de eletrostática, magnetostática ou eletrodinâmica (campos eletromagnéticos), é governado pelas equações de Maxwell. No formalismo de campo vetorial, são eles:

Lei de Gauss
? ? )) E= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =? ? ε ε 0{displaystyle nabla cdot mathbf Não. Não. _{0}}
Lei de Gauss para o magnetismo
? ? )) B= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =0{displaystyle nabla cdot mathbf Não.
A lei de Faraday
? ? × × E= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =- Sim. - Sim. ∂ ∂ B∂ ∂ ){displaystyle nabla times mathbf {E} =-{frac {partial mathbf (B) * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
Lei Maxwell–Ampère
? ? × × B= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =μ μ 0JJ+μ μ 0ε ε 0∂ ∂ E∂ ∂ ){displaystyle nabla times mathbf {B} =mu _{0}mathbf - Sim. _{0}varepsilon _{0}{frac {displaystyle mathbf] Não, não.

Onde? ? ? - Sim. é a densidade de carga, que pode (e muitas vezes depender do tempo e da posição, ε ε 0{displaystyle varepsilon _{0}} é a permissão do espaço livre, μ μ 0{displaystyle mu _{0}} é a permeabilidade do espaço livre, e JJ é o vetor de densidade atual, também uma função de tempo e posição. As unidades utilizadas acima são as unidades SI padrão. Dentro de um material linear, as equações de Maxwell mudam alternando a permeabilidade e a permeabilidade do espaço livre com a permeabilidade e a permeabilidade do material linear em questão. Dentro de outros materiais que possuem respostas mais complexas a campos eletromagnéticos, estes termos são frequentemente representados por números complexos ou tensores.

A lei da força de Lorentz governa a interação do campo eletromagnético com a matéria carregada.

Quando um campo viaja para diferentes meios, as propriedades do campo mudam de acordo com as várias condições de contorno. Essas equações são derivadas das equações de Maxwell. As componentes tangenciais dos campos elétrico e magnético conforme se relacionam na fronteira de dois meios são as seguintes:

E1= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =E2{displaystyle mathbf] Não. {E} _{2}}

H. H. H.1= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =H. H. H.2{displaystyle mathbf {H} _{1}=mathbf {H} _{2}}

D1= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =D2{displaystyle mathbf] {D} _{1}=mathbf {D} _{2}}

B1= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =B2{displaystyle mathbf {B}} _{1}=mathbf {B} _{2}}

O ângulo de refração de um campo elétrico entre a mídia está relacionado com a permissividade (ε ε )(varepsilon)} de cada meio:

bronzeado⁡ ⁡ θ θ 1bronzeado⁡ ⁡ θ θ 2= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =ε ε R2ε ε R1{displaystyle {displaystyle theta} _{1}}{tan theta _{2}}}={frac {varepsilon _{r2}}{varepsilon _{r1}}}}}}

O ângulo de refração de um campo magnético entre a mídia está relacionado à permeabilidade (μ μ )(mu)} de cada meio:

bronzeado⁡ ⁡ θ θ 1bronzeado⁡ ⁡ θ θ 2= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =μ μ R2μ μ R1{displaystyle {displaystyle theta} _{1}}{tan theta _{2}}}={frac {mu _{r2}}{mu _{r1}}}}}}

Propriedades do campo

Comportamento recíproco de campos elétricos e magnéticos

As duas equações de Maxwell, a Lei de Faraday e a Lei de Ampère-Maxwell, ilustram uma característica muito prática do campo eletromagnético. A Lei de Faraday pode ser expressa aproximadamente como "um campo magnético variável cria um campo elétrico". Este é o princípio por trás do gerador elétrico.

A Lei de Ampere afirma aproximadamente que 'um campo elétrico variável cria um campo magnético'. Assim, esta lei pode ser aplicada para gerar um campo magnético e acionar um motor elétrico.

Comportamento dos campos na ausência de cargas ou correntes

As equações de Maxwell tomam a forma de uma onda eletromagnética em um volume de espaço que não contém cargas ou correntes (espaço livre) – ou seja, onde ? ? - Sim. e JJ são zero. Sob estas condições, os campos elétricos e magnéticos satisfazem a equação de onda eletromagnética:

(? ? 2- Sim. - Sim. 1c2∂ ∂ 2∂ ∂ )2)E= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =0{displaystyle left(nabla ^{2}-{1 over {c}^{2}}{partial ^{2} over partial t^{2}}right)mathbf {E} =}
(? ? 2- Sim. - Sim. 1c2∂ ∂ 2∂ ∂ )2)B= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =0{displaystyle left(nabla ^{2}-{1 over {c}^{2}}{partial ^{2} over partial t^{2}}right)mathbf {B} =}

James Clerk Maxwell foi o primeiro a obter essa relação completando as equações de Maxwell com a adição de um termo de corrente de deslocamento à lei de circuito de Ampere.

Relação e comparação com outros campos físicos

Sendo uma das quatro forças fundamentais da natureza, é útil comparar o campo eletromagnético com os campos gravitacional, forte e fraco. A palavra 'força' às vezes é substituído por 'interação' porque a física de partículas moderna modela o eletromagnetismo como uma troca de partículas conhecidas como bósons de calibre.

Campos eletromagnéticos e gravitacionais

As fontes de campos eletromagnéticos consistem em dois tipos de carga – positiva e negativa. Isso contrasta com as fontes do campo gravitacional, que são massas. Às vezes, as massas são descritas como cargas gravitacionais, sendo a característica importante delas que existem apenas massas positivas e nenhuma massa negativa. Além disso, a gravidade difere do eletromagnetismo porque as massas positivas atraem outras massas positivas, enquanto as mesmas cargas no eletromagnetismo se repelem.

As forças e intervalos relativos das quatro interações e outras informações estão tabuladas abaixo:

TeoriaInteraçãomediadorMagnitude relativaComportamentoGama
CromodinâmicaInteração fortegluon10.38110.- 15. m
ElectrodinâmicaInteração eletromagnéticafoton10.361R2infinito infinito
FlavordinâmicaInteração fracaW e Z bosons10.251R5 a 1/R710.- Não. m
GeometrodinâmicaGravitaçãograviton (hipothesised)10.01R2infinito infinito

Aplicativos

Campos E e M estáticos e campos EM estáticos

Quando um campo EM (ver tensor eletromagnético) não varia no tempo, pode ser visto como um campo puramente elétrico ou um campo puramente magnético, ou uma mistura de ambos. No entanto, o caso geral de um campo EM estático com componentes elétricos e magnéticos presentes é o caso que aparece para a maioria dos observadores. Observadores que veem apenas um componente de campo elétrico ou magnético de um campo EM estático, têm o outro componente (elétrico ou magnético) suprimido, devido ao caso especial do estado imóvel das cargas que produzem o campo EM nesse caso. Nesses casos, o outro componente torna-se manifesto em outros quadros de observação.

Uma consequência disso é que qualquer caso que pareça consistir em um caso "puro" campo elétrico ou magnético estático, pode ser convertido em um campo EM, com ambos os componentes E e M presentes, simplesmente movendo o observador para um referencial que está se movendo em relação ao referencial no qual apenas o "puro' 34; campo elétrico ou magnético aparece. Ou seja, um campo elétrico estático puro mostrará o campo magnético familiar associado a uma corrente, em qualquer referencial onde a carga se move. Da mesma forma, qualquer novo movimento de uma carga em uma região que antes parecia conter apenas um campo magnético mostrará que o espaço agora também contém um campo elétrico, que produzirá uma força de Lorentz adicional sobre a carga em movimento.

Assim, a eletrostática, assim como o magnetismo e a magnetostática, são agora vistos como estudos do campo EM estático quando um determinado quadro foi selecionado para suprimir o outro tipo de campo, e desde que um campo EM com vontade elétrica e magnética aparecem em qualquer outro quadro, esses "mais simples" os efeitos são meramente do observador. Os "aplicativos" de todos esses campos não variáveis no tempo (estáticos) são discutidos nos principais artigos vinculados nesta seção.

Observe que a noção de um "puro" campo elétrico ou magnético estático é uma imagem da teoria de campo clássica, que não considera os efeitos da quantização; Isso viola a relação de incerteza de Heisenberg, pois não há incerteza em nenhum desses campos estáticos.

Campos EM variáveis no tempo nas equações de Maxwell

Um campo EM que varia no tempo tem duas "causas" nas equações de Maxwell. Uma é cargas e correntes (as chamadas "fontes"), e a outra causa para um campo E ou M é uma mudança no outro tipo de campo (esta última causa também aparece em "livre espaço" muito longe de correntes e cargas).

Um campo eletromagnético muito distante das correntes e cargas (fontes) é chamado de radiação eletromagnética (EMR), pois irradia das cargas e correntes da fonte e não tem "feedback" efeito sobre eles, e também não é afetado diretamente por eles no tempo presente (em vez disso, é indiretamente produzido por uma sequência de mudanças em campos que irradiam deles no passado). EMR consiste nas radiações no espectro eletromagnético, incluindo ondas de rádio, micro-ondas, infravermelho, luz visível, luz ultravioleta, raios X e raios gama. As muitas aplicações comerciais dessas radiações são discutidas nos artigos nomeados e vinculados.

Uma aplicação notável da luz visível é que esse tipo de energia do Sol alimenta toda a vida na Terra que produz ou usa oxigênio.

Um campo eletromagnético variável que está fisicamente próximo a correntes e cargas (consulte campo próximo e distante para obter uma definição de "próximo") terá uma característica de dipolo que é dominada por um dipolo elétrico variável ou um dipolo magnético variável. Este tipo de campo dipolo perto de fontes é chamado de campo próximo eletromagnético.

Campos dipolos elétricos variáveis, como tal, são usados comercialmente como campos próximos, principalmente como fonte de aquecimento dielétrico. Caso contrário, eles aparecem parasiticamente em torno de condutores que absorvem EMR, e em torno de antenas que têm a finalidade de gerar EMR a distâncias maiores.

Campos dipolos magnéticos variáveis (isto é, campos magnéticos próximos) são usados comercialmente para muitos tipos de dispositivos de indução magnética. Isso inclui motores e transformadores elétricos em baixas frequências e dispositivos como detectores de metal e bobinas de ressonância magnética em frequências mais altas. Às vezes, esses campos magnéticos de alta frequência mudam em frequências de rádio sem serem ondas de campo distante e, portanto, ondas de rádio; consulte etiquetas RFID. Consulte também comunicação de campo próximo. Outros usos de efeitos EM de campo próximo comercialmente podem ser encontrados no artigo sobre fótons virtuais, uma vez que, no nível quântico, esses campos são representados por essas partículas. Os efeitos de campo distante (EMR) na imagem quântica da radiação são representados por fótons comuns.

Outro

  • O campo eletromagnético pode ser usado para gravar dados sobre eletricidade estática.
  • As televisões antigas podem ser rastreadas com campos eletromagnéticos.

Saúde e segurança

Os efeitos potenciais dos campos eletromagnéticos na saúde humana variam amplamente, dependendo da frequência e intensidade dos campos.

Os potenciais efeitos na saúde dos EMFs de frequência muito baixa em torno de linhas de energia e dispositivos elétricos são objeto de pesquisas em andamento e uma quantidade significativa de debate público. O Instituto Nacional de Segurança e Saúde Ocupacional dos EUA (NIOSH) e outras agências governamentais dos EUA não consideram os EMFs um perigo comprovado para a saúde. O NIOSH emitiu alguns alertas de cautela, mas enfatiza que os dados são atualmente muito limitados para tirar boas conclusões. Em 2011, a OMS/Agência Internacional de Pesquisa sobre o Câncer (IARC) classificou os campos eletromagnéticos de radiofrequência como possivelmente cancerígenos para humanos (Grupo 2B), com base em um risco aumentado de glioma, um tipo maligno de câncer cerebral, associado ao uso de telefones sem fio.

Os funcionários que trabalham em equipamentos e instalações elétricas sempre podem ser considerados expostos a campos eletromagnéticos. A exposição de trabalhadores de escritório a campos gerados por computadores, monitores, etc. é insignificante devido às baixas intensidades de campo. No entanto, instalações industriais para endurecimento e fusão por indução ou em equipamentos de soldagem podem produzir forças de campo consideravelmente mais altas e requerem um exame mais aprofundado. Se a exposição não puder ser determinada de acordo com as especificações dos fabricantes. informações, comparações com sistemas semelhantes ou cálculos analíticos, as medições devem ser realizadas. Os resultados da avaliação ajudam a avaliar possíveis perigos para a segurança e saúde dos trabalhadores e a definir medidas de proteção. Como os campos eletromagnéticos podem influenciar os implantes passivos ou ativos dos trabalhadores, é essencial considerar a exposição em seus locais de trabalho separadamente na avaliação de risco.

Por outro lado, sabe-se que a radiação de outras partes do espectro eletromagnético, como a luz ultravioleta e os raios gama, causa danos significativos em algumas circunstâncias.

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