Ondas electromagnéticas
Las ecuaciones de Maxwell predicen ondas autosostenibles de campos eléctricos y magnéticos que se propagan a la velocidad de la luz y abarcan el espectro electromagnético.
Definition
Las ondas electromagnéticas son oscilaciones acopladas de campos eléctricos y magnéticos, transversales y en fase en el vacío, que satisfacen la ecuación de onda derivada de las ecuaciones de Maxwell y transportan energía y momento a la velocidad de la luz a través del espacio o de los medios.
Scope
Esta área cubre las soluciones de onda de las ecuaciones de Maxwell: ondas electromagnéticas planas y otras en el vacío y en medios, polarización, transporte de energía y momento por ondas, reflexión y refracción en interfaces, dispersión y absorción, y propagación guiada en guías de ondas y líneas de transmisión. Trata el espectro electromagnético completo como un fenómeno único, mientras que la emisión de radiación por fuentes se aborda en el área de radiación y antenas.
Sub-topics
Core questions
- ¿Cómo dan lugar las ecuaciones de Maxwell a las ondas propagantes?
- ¿Cómo se polarizan las ondas y cómo transportan energía?
- ¿Cómo se comportan las ondas en los límites y en los medios dispersivos?
- ¿Cómo se guían las ondas electromagnéticas en las estructuras?
Key concepts
- ecuación de onda
- onda plana
- polarización
- espectro electromagnético
- velocidad de fase y de grupo
- reflexión y refracción
- dispersión
- guía de ondas
Key theories
- Ecuación de onda electromagnética
- La combinación de las ecuaciones de rotacional de Maxwell produce una ecuación de onda para los campos con una velocidad de propagación establecida por las constantes eléctricas y magnéticas, igual a la velocidad de la luz e identificando la luz como una onda electromagnética.
- Ondas planas transversales polarizadas
- En el espacio libre, los campos eléctrico y magnético de una onda plana son mutuamente perpendiculares y perpendiculares a la dirección de propagación, con la orientación del campo eléctrico definiendo la polarización.
- Existencia de ondas electromagnéticas (Hertz)
- Hertz generó y detectó ondas electromagnéticas en el laboratorio, confirmando la predicción de Maxwell y demostrando la reflexión, refracción y polarización análogas a la luz.
Clinical relevance
Las ondas electromagnéticas son la base de la comunicación por radio e inalámbrica, el radar, la fibra óptica y la óptica de espacio libre, los sistemas de microondas y ondas milimétricas, y la obtención de imágenes en todo el espectro, desde la radio hasta los rayos X, en medicina e industria.
History
Maxwell predijo las ondas electromagnéticas en la década de 1860 e identificó la luz como una de esas ondas. Hertz confirmó su existencia experimentalmente en 1887-1888, y el rápido desarrollo de la radio por Marconi y otros, junto con la tradición óptica de Fresnel, estableció la unidad del espectro electromagnético.
Key figures
- James Clerk Maxwell
- Heinrich Hertz
- Augustin-Jean Fresnel
Related topics
Seminal works
- jackson1998
- born1999
- hertz1893
Frequently asked questions
- ¿Por qué las ondas electromagnéticas viajan a la velocidad de la luz?
- La ecuación de onda de las ecuaciones de Maxwell tiene una velocidad de propagación fijada por la permitividad y la permeabilidad del medio; en el vacío, esta velocidad es igual a la velocidad de la luz medida, lo que demuestra que la luz es una onda electromagnética.
- ¿Son las ondas de radio y la luz visible el mismo tipo de fenómeno?
- Sí; todas son ondas electromagnéticas que difieren solo en frecuencia y longitud de onda, formando juntas el espectro electromagnético desde las ondas de radio hasta las microondas, infrarrojos, luz visible, ultravioleta, rayos X y rayos gamma.