¿Cómo definir una ciencia tan vasta como el Electromagnetismo en un espacio de menos de 2 renglones con menos de 30 palabras? No parece ser algo fácil, y tal dificultad se presenta con todas las ciencias, no solo en la Física. Al buscar una definición breve pero concisa se encuentra que el Electromagnetismo es la rama de la Física que estudia las propiedades e interacciones entre los cuerpos y campos eléctricos y magnéticos. La Teoría Clásica del Electromagnetismo, junto con la Mecánica Clásica y Cuántica forma el núcleo de la enseñanza teórica de la Física actual.

Históricamente el desarrollo del Electromagnetismo como una ciencia formal capaz de hacer descripciones cuantitativas así como predicciones tomo menos de un siglo, aunque los fenómenos eléctricos y magnéticos eran conocidos desde la época de los griegos. Cavendish en 1771 con sus experimentos en electrostática, luego Coulomb y sus publicaciones en 1785. Luego llegó Oesterd en 1820 cuando descubrió accidentalmente que la aguja de una brújula se desviaba al poner un conductor con corriente, y luego Ampère, quien sustentó matemáticamente la relación entre los campos magnéticos y las corrientes eléctricas. En 1831 Faraday descubrió la relación entre las corrientes eléctricas y los campos magnéticos variables, y ya para 1864 Maxwell había publicado su trabajo sobre la dinámica de los campos electromagnéticos, retomando, valga la redundancia, el misterioso concepto de campo que Faraday había tomado como una realidad física más que un formalismo matemático. Todo en menos de 100 años.

¿Pero qué es un campo electromagnético? Matemáticamente un campo es una función que a cada punto en el espacio (un vector) le asigna una cantidad con magnitud y dirección, es decir, otro vector. Es una función de un espacio n-dimensional a otro espacio m-dimensional. Físicamente el concepto de campo eléctrico o magnético surge de lo que se llama “acción a distancia” observada, por ejemplo, al poner un cuerpo cargado cerca de otro, también cargado, y ver como se repelen o se atraen aún cuando no sepamos las causas de ello. Coulomb cuantificó dicha acción entre cargas, indicando la fuerza que experimenta una carga en presencia de otra llegando a

q1 y q2 son las cargas que interactuan, r es la distancia entre los centros de ambas y ε0 es una constante universal llamada permitividad del vacío. El campo eléctrico surge como una cantidad independiente de una de las cargas, llamada carga de prueba, la cual está sujeta a la fuerza eléctrica producida por la otra carga, la cual se toma como referencia. Suponiendo que q1 es carga de prueba y q2 = q es la carga que actúa se define

Esta es la definción del campo eléctrico E. Ahora bien, puede pensarse que el campo eléctrico no es más que un truco matemático que facilita los cálculos y evita llevar en las ecuaciones el símbolo q1. Si se analiza más a fondo se aprecia que la ecuación para E permite determinar este en cualquier región del espacio aun cuando no haya cargas sujetas a fuerzas. Tal independencia de E de cualquier carga de prueba lleva a pensar que el campo eléctrico es una entidad física con derecho propio. Y en efecto, para Faraday la presencia de cargas realmente cambiaba las propiedades del espacio circundante dejando sentir sus efectos sobre otros cuerpos cargados. El campo eléctrico era la manisfestación de tal alteración. El campo eléctrico fue la respuesta de Faraday a la mágica acción a distancia, pues proponía una causa para la interacción entre cuerpos cargados y se convirtió en una realidad, tan real que fue la base de la teoría de Maxwell. No obstante, no deja de encerrar grandes misterios pues a final de cuentas, ¿de qué; esta hecho el campo eléctrico?

Los campos magnéticos surgen de la cuantificación de la fuerza de interacción entre corrientes eléctricas. Son campos que al igual que los eléctricos pueden ser calculados en cualquier región del espacio aún cuando no haya otras corrientes sobre las cuales se pueda ejercer otra fuerza. Y al igual que los campos eléctricos se pueden considerar como una entidad física en sí misma aunque su derivación matemática sea, al igual que con el campo eléctrico, por pura conveniencia. Aunque para el campo magnético tal derivación es mucho más complicada que con el campo eléctrico.

Por lo general se considera que la electrostática, magnetostática y electrodinámica son los tres grandes campos del electromagnetismo. El concepto de electrostática es bastante claro: el estudio de la interacción entre objetos y campos eléctricos estacionarios (que no varían con el tiempo) producidos por cargas eléctricas en reposo. La magnetostática es análoga solo que en vez de tratar con campos eléctricos se trata con campos magnéticos estacionarios.
Cómo definir la tercera, la electrodinámica, es más complejo pues en opinión del autor esto se presta a confusiones. En un libro se encuentra que la Electrodinámica es el estudio de la interacción electromagnética. Esta interacción es entre cuerpos que pueden estar en movimiento o reposo, cargados o neutros y campos eléctricos y magnéticos variables. ¿Pero es la Electrodinámica una rama del Electromagnetismo o simplemente hay una confusión de conceptos? Usualmente Electromagnetismo y Electrodinámica se consideran como campos del conocimiento un tanto distintos, el primero más general que el segundo, de tal suerte que la electrostática y magnetostática son casos particulares de la electrodinámica cuando los campos sufren variaciones temporales muy pequeñas y los cuerpos se mueven a una velocidad mucho menor a la de la luz, y todo esto a su vez forma parte del electromagnetismo. Esto es cierto, conceptualmente hablando electrodinámica y electromagnetismo no son lo mismo, pero tampoco es cierto que la electrodinámica sea una rama del electromagnetismo como puede leerse en otros lugares. Siendo estrictos se debe nombrar Electrodinámica a este campo de la Física en vez de Electromagnetismo, porque precisamente lo que estudia es la dinámica de todos los fenómenos eléctricos y magnéticos, los cuales forman las dos caras de la misma moneda que es el electromagnetismo y es inútil tratarlos como cosas independientes. La electrostática y magnetostática son campos de estudio de la Electrodinámica muy concretos y que satisfacen condiciones bien definidas. El Electromagnetismo es un concepto que unifica los de electricidad y magnetismo, que incialmente se consideraban independientes pero que no lo son. Siendo así las cosas no es tan difícil entender la diferencia entre ambos conceptos y comprender que, como dicen los libros, la Electrodinámica es el estudio de la interacción electromagnética o, dicho de otro modo, es el estudio de la dinámica de los fenómenos electromagnéticos. No obstante al estar muy extendido el uso del concepto Electromagnetismo para referirse a lo que formalmente es la Electrodinámica se sobreentiende de qué se está hablando.

Como apunte, el término electrodinámica fue acuñado por Ampère hace más de 150 años cuando se inició la unificación entre la electricidad y el magnetismo.

Y para concluír les dejo con una fotografía de su padre (ya lo han de haber reconocido).

 

BIBLIOGRAFÍA

Classical Electrodynamics, John David Jackson, Segunda Edición

Campos Electromagnéticos, Roald K. Wangsness