En física, la energía del campo electromagnético es la energía almacenada en una determinada región del espacio por el campo electromagnético, y está formada por la suma de las energías asociadas al campo eléctrico y al campo magnético.
Esta definición también incluye casos especiales de campos eléctricos puros y magnéticos puros.
En las ondas electromagnéticas estas dos cantidades son siempre iguales y conviene hablar del flujo de energía transportado por la onda en la unidad de tiempo, a través de una superficie, mediante el uso del vector de Poynting.
La energía electromagnética también incluye la energía de las ondas electromagnéticas; por esta razón, también se le llama energía radiante.
¿Qué es una onda electromagnética?
Las ondas electromagnéticas son una consecuencia de las vibraciones producidas entre campos magnéticos y eléctricos. También están formados por los campos magnéticos y eléctricos oscilantes.
Las ondas electromagnéticas se propagan a través del espacio con un componente eléctrico y magnético. Los campos magnéticos y eléctricos de una onda son perpendiculares entre sí y con la dirección de la onda.Estos componentes oscilan en ángulo recto entre sí y con la dirección de propagación de la onda.
El conjunto de ondas electromagnéticas que viajan a una velocidad de una velocidad constante de 3.00 x 108 m/s a través de la materia o en el vacío se llama radiación electromagnética. Los campos eléctricos y magnéticos no pueden desviar su trayectoria pero sí que pueden mostrar interferencias.
Tipos de energía electromagnética
Existen diferentes tipos de energía electromagnética. Las ondas electromagnéticas se clasifican dependiendo de su frecuencia y longitud de onda, es decir, de su espectro electromagnético.
De acuerdo con esta clasificación existen los siguientes tipos de energía electromagnética:
Energía lumínica
La energía lumínica es una forma de energía electromagnética que puede ser percibida por el ojo humano. Se encuentra en un rango de longitudes de onda que va desde aproximadamente 380 nanómetros (violeta) hasta 750 nanómetros (rojo). Los diferentes colores corresponden a diferentes longitudes de onda y energías.
Radiación ultravioleta (UV)
La radiación ultravioleta se encuentra justo por encima del rango de luz visible en el espectro electromagnético, con longitudes de onda más cortas que el violeta. Puede ser perjudicial para la piel humana en exposiciones prolongadas y se utiliza en aplicaciones como la esterilización y la detección de fluorescencia.
Radiación infrarroja (IR)
La radiación infrarroja se encuentra justo por debajo del rango de luz visible, con longitudes de onda más largas que el rojo. Es conocida por su capacidad para transmitir calor y se utiliza en aplicaciones como sensores de temperatura, cámaras de visión nocturna y controles remotos.
Microondas
Las microondas tienen longitudes de onda más largas que las de la radiación infrarroja y se utilizan en tecnología de comunicación por microondas, como las comunicaciones satelitales y los hornos de microondas.
Radiofrecuencia (RF)
Las ondas de radiofrecuencia tienen longitudes de onda aún más largas que las microondas y se utilizan en una variedad de aplicaciones de comunicación, desde la radio AM/FM hasta las redes inalámbricas y las comunicaciones móviles.
Rayos X
Los rayos X son una forma de radiación electromagnética de alta energía con longitudes de onda más cortas que la luz ultravioleta. Se utilizan en aplicaciones médicas para obtener imágenes de estructuras internas del cuerpo y en diversas aplicaciones industriales e investigativas.
Rayos gamma
Los rayos gamma son la forma más energética de radiación electromagnética con longitudes de onda extremadamente cortas. Se utilizan en medicina nuclear y en la investigación nuclear debido a su capacidad para penetrar materiales y detectar partículas subatómicas.
Ejemplos de energía electromagnética
La energía electromagnética se manifiesta a través de muchas fuentes de energía. Algunas de ellas son naturales, como la radiación solar, y otras son de origen artificial, como los hornos microondas.
A continuación exponemos algunos ejemplos donde se manifiesta la energía electromagnética:
Trenes de suspensión magnética
Este tipo de trenes són trenes levitantes que se sostienen gracias a la fuerza que ejercen unos potentes electroimanes. Cuando estos electroimanes están alimentados por una corriente eléctrica aumenta la intensidad del campo magnético que genera una fuerza de repulsión entre los vagones y el rail metálico.
Transformadores eléctricos
Los transformadores eléctricos son unos dispositivos que permiten variar la tensión de una corriente eléctrica. Se basa en dos bobinas (la primaria y la secundaria) formadas por un cable conductor enrollado en un núcleo de hierro.
Cuando la corriente alterna entra en la bobina primaria genera un campo magnético que activa la bobina secundaria. El campo magnético que recibe la segunda bobina genera una corriente eléctrica de salida.
Si el número de vueltas del alambre es diferente entre la bobina primaria y la secundaria, la tensión de salida es diferente.
Los transformadores eléctricos se utilizan para adaptar la corriente de alta tensión a la tensión de uso en nuestras casas, por ejemplo.
Motores eléctricos
Los motores son dispositivos capaces de transformar la energía eléctrica en energía mecánica, es decir, en un movimiento. Durante este proceso, la electricidad se transforma en energía electromagnética mediante el rotor y el estator.
El rotor, que es la parte móvil, está formado por bobinas situadas entre los polos de un imán permanente situado en el estator. El campo electromagnético generado mantiene el giro del rotor a una velocidad constante.
Los generadores eléctricos
Este tipo de dispositivos funcionan por el mismo principio que los motores eléctricos pero en sentido contrario. En este caso, el generador recibe un trabajo mecánico que hace girar el rotor generando un campo electromagnético del cual se obtiene electricidad.
Hornos de microondas
Los hornos microondas pueden calentar los alimentos a partir de la generación y concentración de ondas electromagnéticas. Estas ondas son parecidas a las que permiten las comunicaciones por radio.
Sin embargo, en este caso tienen una frecuencia más elevada que transforman los dipolos de los alimentos a velocidades muy altas. El movimiento de estas partículas genera la energía cinética que calienta los alimentos.
Imágenes por resonancia magnética
Las imágenes por resonancia magnética son una aplicación de la medicina nuclear para poder examinar de forma no invasiva al paciente. La obtención de estas imágenes que se utiliza para el diagnóstico de enfermedades se generan a través de la emisión de ondas con energía electromagnética.
Conceptos básicos
Además de las ondas electromagnéticas es necesario conocer algunos aspectos básicos relacionados
Carga eléctrica
La carga eléctrica es la cantidad de energía eléctrica que transporta una partícula u objeto , y es una cantidad física que determina cuánto le afecta la presencia de un campo electromagnético.
Corriente eléctrica
Una corriente eléctrica se genera con el movimiento de las cargas eléctricas. Existen dos tipos de cargas eléctricas básicas: los electrones que poseen una carga negativa y los protones cuya carga es positiva.
Magnetismo
El magnetismo es una fuerza de repulsión o atracción que ejercen las partículas cargadas eléctricamente entre ellas.
Campo electromagnético
El campo electromagnético es originado por elementos que poseen una carga eléctrica que afectan al comportamiento de otras partículas cargadas en el conjunto de los campos eléctricos y magnéticos.
