FUERZA ELECTROMAGNÉTICA

Fuerza Electromagnética

La interacción electromagnética afecta exclusivamente a los cuerpos con carga eléctrica, siendo la causante de los cambios físicos y químicos de átomos y moléculas, donde une a los electrones y los núcleos, es mucho más intensa que la fuerza gravitatoria y su alcance es también infinito. Sin embargo, no es acumulativa como la gravitación, pues, según el tipo de cargas presentes, las interacciones electromagnéticas son atractivas o repulsivas, a modo que la neutralidad eléctrica de la materia cancela sus efectos a larga distancia (http://centros5.pntic.mec.es/ies.victoria.kent/Rincon-C/Curiosid2/rc-132.pdf).

A raíz del triunfo de la teoría general de la gravitación de Newton, Coulomb la adaptó para explicar las fuerzas de atracción y repulsión experimentadas por los objetos cargados eléctricamente, demostrando que ésta era directamente proporcional al producto de las cargas eléctricas e inversamente proporcional al cuadrado de su distancia. Mostró también que las cargas de igual signo se atraen y las de distinto signo se repelen, y que los cuerpos imanados también sufrían una fuerza inversamente proporcional al cuadrado de la distancia (http://centros5.pntic.mec.es/ies.victoria.kent/Rincon-C/Curiosid2/rc-132.pdf).

La fuerza electromagnética, que interactúa con las partículas cargadas eléctricamente, como los electrones y los quarks, pero no con las partículas sin carga, como los gravitones. Es mucho más intensa que la fuerza gravitatoria: la fuerza electromagnética entre dos electrones es aproximadamente un millón de billones de billones de billones (un 1 con cuarenta y dos ceros detrás) de veces mayor que la fuerza gravitatoria. Sin embargo, hay dos tipos de carga eléctrica, positiva y negativa. La fuerza entre dos cargas positivas es repulsiva, al igual que la fuerza entre dos cargas negativas, pero la fuerza es atractiva entre una carga positiva y una negativa.

La atracción electromagnética entre los electrones cargados negativamente y los protones del núcleo cargados positivamente hace que los electrones giren alrededor del núcleo del átomo, igual que la atracción gravitatoria hace que la Tierra gire alrededor del Sol. La atracción electromagnética se representa causada por el intercambio de un gran número de partículas virtuales sin masa de espín 1, llamadas fotones. De nuevo, los fotones que son intercambiados son partículas virtuales.

Una partícula con carga (por ejemplo un electrón), genera un campo eléctrico en el espacio, y toda carga que se ubique en ese campo siente una fuerza de tipo eléctrico. La dirección de esta fuerza coincide con la recta que une a las cargas y su sentido depende del signo (si son de igual signo se repelen, y se atraen si tienen distinto signo). Cuando las cargas están en movimiento generan, además del campo eléctrico un campo magnético. Estos campos están unificados mediante unas ecuaciones llamadas ecuaciones de Maxwell, y se conoce como campo electromagnético. El alcance también es infinito y la forma de la ecuación para la fuerza electrostática es similar a la de la gravedad (http://espanol.answers.yahoo.com/question/index?qid=20080406181125AAVz9Ib).

F(e) = kq(1).q(2)/r² (aquí k es la constante eléctrica).

El fotón (Partícula Fundamental):

Es la partícula elemental responsable de las manifestaciones cuánticas del fenómeno electromagnético. Es la partícula portadora de todas las formas de radiación electromagnética, incluyendo a los rayos gamma, los  rayos X, la luz ultravioleta, la luz visible, entre otras. El fotón tiene una masa invariante cero y viaja en el vacío con una velocidad constante c, presenta tanto propiedades corpusculares como ondulatorias (Propiedad onda- partícula).

En física moderna, el fotón (en griego φῶς, φωτός [luz], y -ón) es la partícula elemental responsable de las manifestaciones cuánticas del fenómeno electromagnético. Es la partícula portadora de todas las formas de radiación electromagnética, incluyendo a los rayos gamma, los rayos X, la luz ultravioleta, la luz visible (espectro electromagnético), la luz infrarroja, las microondas, y las ondas de radio. El fotón tiene una masa invariante cero,] y viaja en el vacío con una velocidad constante c. Como todos los cuantos, el fotón presenta tanto propiedades corpusculares como ondulatorias ("dualidad onda-corpúsculo"). Se comporta como una onda en fenómenos como la refracción que tiene lugar en una lente, o en la cancelación por interferencia destructiva de ondas reflejadas; sin embargo, se comporta como una partícula cuando interacciona con la materia para transferir una cantidad fija de energía. Esto difiere de lo que ocurre con las ondas clásicas, que pueden ganar o perder cantidades arbitrarias de energía. Para la luz visible, la energía portada por un fotón es de alrededor de 4×10^–19 joules; esta energía es suficiente para excitar un ojo y dar lugar a la visión (http://es.answers.yahoo.com/question/index?qid=20110429081707AA8yI5K).

Además de energía, los fotones llevan también asociada una cantidad de movimiento o momento lineal, y tienen una polarización. Siguen las leyes de la mecánica cuántica, lo que significa que a menudo estas propiedades no tienen un valor bien definido para un fotón dado. En su lugar se habla de las probabilidades de que tenga una cierta polarización, posición, o cantidad de movimiento. Por ejemplo, aunque un fotón puede excitar a una molécula, a menudo es imposible predecir cuál será la molécula excitada.

El concepto de fotón ha llevado a avances muy importantes en física teórica y experimental, tales como la teoría cuántica de campos, el condensado de Bose-Einstein y la interpretación probabilística de la mecánica cuántica, y a inventos como el láser. De acuerdo con el modelo estándar de física de partículas los fotones son los responsables de producir todos los campos eléctricos y magnéticos, y a su vez son el resultado de que las leyes físicas tengan cierta simetría en todos los puntos del espacio-tiempo. Las propiedades intrínsecas de los fotones (masa invariante y espín), están determinadas por las propiedades de la simetría de Gauge.

Los fotones se aplican a muchas áreas, como la fotoquímica, el microscopio fotónico y la medición de distancias moleculares. Incluso se los ha estudiado como componentes de computadoras cuánticas y en aplicaciones sofisticadas de comunicación óptica como por ejemplo en criptografía cuántica.