¿Es el campo/fuerza magnético solo un campo/fuerza eléctrico relativista o hay una diferencia fundamental?

He leido estas preguntas:

Diferencia entre campo eléctrico y magnético (en relación con EEG y MEG)

¿Alguien puede explicar los campos magnéticos y eléctricos?

Explicar el origen de los campos magnéticos en términos sencillos.

Mecanismo por el cual los campos eléctricos y magnéticos se interrelacionan

En donde dice:

La explicación más simple que conozco requiere solo una carga de prueba y dos marcos de referencia con una velocidad relativa entre ellos. Cuadro 1: La carga está en reposo. Es la fuente de un campo (puramente) eléctrico. Cuadro 2: La carga se está moviendo. Es una corriente, y la fuente de un campo magnético.

Comprender la relación entre la electricidad y el magnetismo.

¿Cuál es la diferencia central entre las fuerzas eléctricas y magnéticas?

En donde dice:

Las fuerzas eléctricas son creadas y actúan sobre cargas tanto en movimiento como estacionarias; mientras que las fuerzas magnéticas son creadas y actúan solo sobre cargas en movimiento.

¿Puede la fuerza magnética ser realmente solo fuerza eléctrica en un marco diferente?

¿Campo magnético como efecto de la relatividad?

campo E:

  1. la carga es estacionaria para el observador

  2. monopolo

  3. líneas de fuerza convergen radialmente

  4. fácil de bloquear

  5. mediada por fotones virtuales

campo M:

  1. la carga se mueve hacia el observador

  2. dipolo

  3. no se puede bloquear

  4. mediada por fotones virtuales

Sabemos que los electrones tienen carga E y momento dipolar M también. Pero un imán por lo general no tiene carga E.

Las fuerzas eléctricas pueden actuar sobre diferentes materiales, como también los plásticos cargados estáticamente.

Las fuerzas magnéticas generalmente solo pueden actuar sobre metales pero no sobre plásticos.

Ninguna de estas preguntas dice si hay una fuerza fundamental, la fuerza EM, y tiene diferentes formas de actuar en diferentes materiales y dependiendo de si la carga se mueve en relación con el observador, o si hay una fuerza eléctrica y una fuerza magnética. , y ambos están mediados por fotones virtuales, pero actúan sobre diferentes materiales y de manera diferente dependiendo de si se mueven con respecto al observador.

También dicen que con el campo magnético, la carga se mueve con respecto al observador. Pero si miras un imán, tiene un campo magnético y una fuerza magnética, y no se mueve en relación con el observador.

¿Hay una diferencia fundamental o el campo/fuerza M es solo el campo/fuerza E en relatividad (en movimiento)?

Pregunta:

  1. ¿Cuál es la diferencia fundamental entre un campo E y uno M? ¿Es solo que uno está estacionario y el otro se mueve en relación con el observador?

  2. ¿Hay solo una fuerza, la fuerza EM, o hay una fuerza E y una fuerza M, ya que pueden actuar de manera diferente en diferentes materiales? ¿Es la fuerza M solo una fuerza E en relatividad?

@ Gurbir Singh dices "los electrones atómicos se mueven alrededor de sus respectivos núcleos constituyendo un dipolo y los dipolos están alineados en la misma dirección". ¿No es el dipolo el espín intrínseco del electrón?
El comentario de @GurbirSingh está mal. De hecho, el campo magnético macroscópico de un material ferromagnético es causado por la alineación de momentos magnéticos microscópicos, pero (en los ferroimanes) esos momentos magnéticos atómicos provienen del espín del electrón, no de "electrones que se mueven alrededor de sus respectivos núcleos". De hecho, parte del comportamiento magnético proviene del momento magnético causado por el movimiento orbital, pero eso no incluye los ferromagnetos.
@Emilio Pisanty usted dice: " Cierto comportamiento magnético proviene del momento magnético causado por el movimiento orbital, pero eso no incluye los ferromagnetos". ¿Puede por favor contarme sobre este comportamiento magnético que proviene del movimiento orbital?

Respuestas (4)

Si bien estoy de acuerdo con la respuesta publicada por lesnik, vale la pena señalar que no se puede pensar que todos los campos magnéticos surjan de un campo eléctrico. ¡Esto ni siquiera es cierto para campos uniformes!

La razón es que hay dos invariantes del campo electromagnético,

mi 2 − B 2 y mi ⋅ B
que no cambian bajo las transformaciones de Lorentz. Si comienza solo con un campo magnético, no hay forma de transformarlo en solo un campo eléctrico. Decimos mi y B están unificados porque se transforman libremente unos en otros, pero hay limitaciones. Es como si el espacio y el tiempo siguieran siendo distintos, a pesar de estar unificados en el espacio-tiempo; un intervalo de tipo espacial no puede transformarse en uno de tipo temporal.

Gracias. Usted dice: "no se puede pensar que todos los campos magnéticos surgen de un campo eléctrico. Esto ni siquiera es cierto para los campos uniformes". ¿Hay un ejemplo de un campo magnético sin un campo eléctrico? ¿Un imán permanente? ¿Y tiene alguna respuesta de por qué un plástico puede ser electrostático pero no magnetizado? ¿Por qué estos campos actúan sobre diferentes materiales?
@ÁrpádSzendrei Sí, el campo de un imán permanente es un ejemplo de un campo magnético puro. Por lo tanto, no puede transformarlo en un campo eléctrico puro, aunque, por supuesto, puede transformarlo en una mezcla de campo magnético y eléctrico.
@ÁrpádSzendrei Bueno, para el ejemplo del plástico frente al imán, todo se reduce a esto: un campo eléctrico puro no puede convertirse en un campo magnético puro y viceversa. Las cargas estáticas generan campos eléctricos puros y las corrientes estacionarias generan campos magnéticos puros. Dado que las cargas en el plástico no se mueven, crean campos eléctricos que son "más eléctricos que magnéticos", mientras que en los imanes es todo lo contrario.
Usted dice: "Como las cargas en el plástico no se mueven, crean campos eléctricos que son "más eléctricos que magnéticos", mientras que en los imanes es todo lo contrario". ¿Qué quieres decir con que es lo contrario para los imanes? Entonces, en un imán permanente, que no tiene campo eléctrico, ¿las cargas se mueven?
@ÁrpádSzendrei Bueno, un modelo clásico barato para un imán es una corriente permanente que se mueve en un bucle. Entonces no hay carga neta, pero hay corriente. No dije eso explícitamente porque para explicar realmente un imán permanente necesitas efectos cuánticos, pero esto se aplicaría, por ejemplo, a un electroimán.
si las cargas y las corrientes permanecen fijas mientras se mueven las coordenadas, esas invariantes permanecen fijas en el espacio. Si las cargas y las corrientes se reordenan de acuerdo con una transformación conforme, ¿cambian las invariantes de acuerdo con una prescripción conocida?

No existe una diferencia fundamental entre el campo eléctrico y el campo magnético.

Bueno, puedes considerar algún punto en el espacio en algún momento del tiempo y medir/calcular el campo eléctrico y el campo magnético en este punto en este momento. Obtendrías algún resultado: el campo eléctrico es mi → , el campo magnético es B → . Bien, no hay ambigüedad.

Pero si otra persona que se mueve según usted mide/calcula los campos eléctrico y magnético en el mismo momento en el mismo punto, obtendrá resultados diferentes. Dependiendo de su velocidad, el resultado podría ser incluso "no hay campo eléctrico" o "no hay campo magnético".

La afirmación "HAY un campo eléctrico en este punto" puede ser correcta o incorrecta según el marco de referencia. Y no hay forma de saber qué marco de referencia es mejor. En términos generales, uno no puede saber si "realmente" hay un campo eléctrico aquí. Pero es posible saber si hay un campo electromagnético.

Los campos eléctrico y magnético no pueden existir de forma independiente. Si en un marco de referencia solo uno de ellos está presente en otro marco ambos están presentes. Entonces, fundamentalmente ambos son el mismo campo.

Gracias. Usted dice: "mida/calcule el campo eléctrico y el campo magnético en este punto en este momento" ¿Puede decirme cómo puede medirlos? Sé que puedes calcularlos, pero ¿cómo los mides? Y dices que no pueden existir de forma independiente. ¿Qué tal un imán permanente? Ese imán es un imán para cada observador. ¿Y no necesita un campo eléctrico?
@ÁrpádSzendrei Magnet es un imán para todos los observadores, eso es correcto. No necesita un campo eléctrico, también es correcto. Si el imán no se mueve, solo produce un campo magnético a su alrededor. ¡Pero esto es correcto solo en su marco de referencia! ¡Desde el punto de vista de otro observador, este mismo imán en este mismo momento se está moviendo y produce campos magnéticos y eléctricos!
@ÁrpádSzendrei Ahora a la pregunta sobre "cómo medir el campo". Puede colocar una carga de "sonda" en un punto dado y medir la fuerza que actúa sobre la carga. Si la carga de la sonda no se mueve, es un hecho experimental que la fuerza es proporcional a la carga y, por definición, el campo eléctrico es mi → = F → / q . Para medir el campo magnético, debe medir la fuerza que actúa sobre la carga de la sonda en movimiento y encontrará un vector B → tal que F → = q ∗ v → X B → .

Yo me he hecho esta misma pregunta. La respuesta es que la fuerza eléctrica y la fuerza magnética son, en última instancia, cosas diferentes.

Cuando los físicos se refieren a la fuerza electromagnética como una sola fuerza, lo que realmente deberían estar diciendo es que tenemos un único conjunto de ecuaciones (las ecuaciones de Maxwell) que describen ambas juntas.

A nivel de la Electrodinámica Cuántica, tanto el campo eléctrico como el magnético están mediados por el intercambio de fotones virtuales. Sin embargo, el modelo de "fotón virtual" no resuelve realmente la cuestión de si el campo eléctrico y el campo magnético son lo mismo. El intercambio virtual de fotones es realmente algo que calculamos para determinar las secciones transversales de dispersión.

Me doy cuenta de que en esta respuesta, realmente no he justificado cómo sé que los campos eléctricos y los campos magnéticos son cosas diferentes. Pero supongo que la carga de la prueba recae sobre aquellos que dicen que son fundamentalmente lo mismo.

La respuesta es que ni el campo eléctrico solo ni el campo magnético solo pueden considerarse el elemento central aquí. Más bien, son dos partes --- dos campos vectoriales --- que juntos forman el tensor de campo o tensor de Faraday. Este es un tensor de segundo orden; si no está familiarizado con él, tenga en cuenta principalmente que se puede escribir como una matriz de 4 por 4 y las ecuaciones de campo se pueden escribir en términos de ella, al igual que la ecuación de la fuerza sobre una partícula cargada. El tensor de campo es lo que es. Su relación con diferentes marcos de referencia se puede comparar con la relación entre un vector y los ejes de coordenadas. Un vector dado, como una fuerza o algo así, tendrá componentes que dependerán de las direcciones en el espacio que elija al configurar el sistema de coordenadas, pero sigue siendo la misma fuerza y ​​el mismo vector cuando cambias de un sistema de coordenadas a otro, aunque las componentes cambien. De manera comparable, el tensor de segundo rango que describe el campo electromagnético es lo que es, independientemente del marco de referencia inercial, pero sus componentes expresan qué forma toma en cualquier marco de referencia dado. Esa forma puede ser eléctrica o magnética o ambas, dependiendo de las circunstancias.

¿Es el campo/fuerza magnético solo un campo/fuerza eléctrico relativista o hay una diferencia fundamental?
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