Històricament (electricitat) els resultats experimentals bàsics foren aconseguits vers el 1820 per Orsted i Ampère, que descobriren els efectes magnètics del corrent elèctric i posaren de manifest l’íntima relació existent entre tots dos conjunts de fenòmens. L’efecte contrari, és a dir, la producció de corrent elèctric a partir del magnetisme (inducció electromagnètica), fou descobert per Faraday l’any 1831. La síntesi teòrica de tota aquesta labor experimental fou aconseguida per Maxwell, el qual, mitjançant el concepte de camp electromagnètic, resumí en quatre equacions tot el comportament de les accions electromagnètiques (equacions de Maxwell). El camp electromagnètic es compon de dues entitats físiques: el camp electroestàtic E i el camp d’inducció magnètica B. Tots dos es caracteritzen per les accions que determinen sobre càrregues elèctriques: en primer lloc, una càrrega elèctrica en repòs crea al seu entorn un camp E; la força que actua sobre una càrrega q situada a l’interior d’aquest camp és F = qE; i si la càrrega és mòbil, a més del camp E crea un camp magnètic. En segon lloc, sobre qualsevol càrrega mòbil en el si d’un camp magnètic actua una força que depèn del valor de la càrrega, de la velocitat d’aquesta i de l’angle α format per la direcció de la velocitat respecte a la del camp: F=qvxB,B essent un vector anomenat camp d’inducció magnètica que caracteritza el camp magnètic, amb un mòdul o valor numèric B = F/(qv sin α). En cada punt de l’espai hi ha definits els dos vectors E i B, que en general no tenen la mateixa direcció i són funció de les coordenades del punt i del temps. La força total que en un punt del camp electromagnètic actua sobre una càrrega mòbil és F = q(E+vxB). El camp d’inducció magnètica, de forma semblant al camp electroestàtic, és representat mitjançant les línies de força, traçades de forma que en cada punt siguin tangents al vector B. Llur curs pot ésser posat de manifest escampant llimadures de ferro sobre un paper col·locat sobre un imant o bé travessat per un solenoide o per fil conductor en què circula corrent elèctric. Hom anomena flux d’inducció magnètica dΦ, corresponent a una superfície dS, el nombre de línies de força que la travessen (dΦ = B dS cos α). Aquests resultats poden ésser aplicats a corrents elèctrics. Un corrent elèctric consisteix en un desplaçament de càrregues elèctriques a l’interior d’un conductor. Si aquest és en un camp magnètic, sobre cada càrrega actua una força electromagnètica, i el conductor en conjunt és sotmès a la resultant d’aquestes forces. La força que actua sobre un element de corrent dl, d’intensitat I, a l’interior d’un camp B, és dF = I dl B sin α (segona llei de Laplace). La força dF és perpendicular a I i a B. Inversament, hom també pot calcular el camp d’inducció magnètica B creat per un element de corrent d’intensitat I en un punt exterior al conductor: dB = μ(I dl sin α)/4πr2 (primera llei de Laplace), μ essent una quantitat constant, r, la distància entre el punt i l’element de corrent considerat, i α, l’angle que dl forma amb r. El vector dB és perpendicular al pla que passa pel punt exterior considerat i per dl. La primera llei de Laplace pot ésser aplicada al càlcul del camp magnètic creat en el buit per un corrent determinat. En el cas d’un corrent circular de radi r, el camp B creat en el centre és B = (μ0I)/2r. Un corrent rectilini crea un camp magnètic en un punt situat a una distància s que val B = (μ0I)/2πs (llei de Biot i Savart). El camp magnètic a l’interior d’un solenoide és B=(μ0nI)/l, n essent el nombre d’espires del solenoide, i l, la longitud del solenoide. En tots aquests casos, les línies de força del camp magnètic són línies tancades, concèntriques i situades en plans perpendiculars al corrent. El sentit correspon al del gir d’un cargol que avanci en el mateix sentit que el corrent. La producció de corrent elèctric (corrent induït) per l’acció d’un camp magnètic variable és anomenada inducció electromagnètica. La llei de Lenz afirma que la força electromotriu (fem) induïda tendeix a oposar-se a la causa que la produeix. La fem induïda és donada per la llei E = —(dΦ/dt), dΦ essent la variació del flux magnètic en el temps dt. Si el circuit és recorregut per un corrent elèctric variable, el camp magnètic creat també és variable i indueix en el circuit una força electromotriu induïda (autoinducció). La inducció electromagnètica és el fonament dels generadors de corrent (dinamo, alternador) i pràcticament de tots els motors elèctrics i aparells de mesura. Les equacions de Maxwell (1868) generalitzen tots els resultats experimentals de l’electromagnetisme. Qualitativament, poden ésser enunciades així: un camp elèctric variable produeix sempre un camp magnètic, i un camp magnètic variable pot produir un camp elèctric. La culminació del treball de Maxwell fou el descobriment del fet que, aplicades a l’espai lliure i buit, les seves equacions prenien una forma igualment descriptiva de qualsevol moviment ondulatori no amortit, la qual cosa el portà al descobriment de les ones electromagnètiques. La velocitat d’aquesta radiació esdevé molt pròxima a la de la llum, de la qual, com que també pot ésser propagada en l’espai buit, Maxwell pogué assegurar que, des del punt de vista físic, és una forma de radiació electromagnètica.
m
Electrònica i informàtica