¿Puede existir un campo magnético sin un campo eléctrico presente?

El "campo magnético" es un concepto dentro de la electrodinámica clásica. Las ecuaciones de Maxwell se desarrollaron a mediados del siglo XIX en un momento en que la física atómica básica era todavía un campo de estudio incipiente.

Visto en el contexto histórico contemporáneo, un imán permanente es un ejemplo perfecto de un campo magnético sin un campo eléctrico. Dentro de la teoría de la electrodinámica clásica, no hay explicación de por qué existe el campo magnético, solo que existe y cómo se relaciona con el campo eléctrico. Los imanes permanentes tienen un campo magnético como propiedad intrínseca y fundamental, similar a las razones por las que las rocas tienen masa. Simplemente lo hacen.

En el último siglo y medio se han desarrollado otras teorías. Por ejemplo , el campo magnético puede explicarse por la relatividad especial como una contracción de la longitud que aparentemente crea un desequilibrio de carga, por lo que podría decirse que el campo magnético no existe como una propiedad fundamental sino que es más bien una manifestación del campo eléctrico en un marco de referencia en movimiento, y la física cuántica explica los imanes permanentes como cargas en movimiento a escalas subatómicas .

Entonces, visto en el contexto de la física moderna, realmente no hay necesidad de un campo magnético fundamental, ya que puede explicarse en términos de campo eléctrico y movimiento.

El descubrimiento de un monopolo magnético cambiaría esto, pero aunque aportaría una simetría elegante a los tipos de partículas que existen, todavía no se han encontrado pruebas de un monopolo magnético mediante experimentos.

Supongo que esta es una variante de la respuesta de la espaguetificación cuántica, pero un ejemplo obvio es un bucle de corriente , como se usa en los electroimanes desde que los humanos descubrieron la electricidad por primera vez.

No hay campo eléctrico neto porque hay igual número de cargas positivas y negativas, por lo que sus campos se equilibran. Sin embargo, existe un dipolo magnético debido al movimiento de los electrones.

No, puedes tener un campo magnético sin un campo eléctrico. Considere una barra con el mismo número de cargas positivas y negativas (de modo que estén igualmente espaciadas). Deje que el movimiento positivo hacia la izquierda con velocidad$v$y el negativo a la derecha con velocidad$v$. Esto dará como resultado un campo magnético pero no un campo eléctrico.

En cierto sentido, es una pregunta fácil, como han señalado otros. Es bastante simple construir ejemplos de casos con campo eléctrico cero y campo magnético distinto de cero.

En otro sentido, no es una pregunta trivial de responder. Por ejemplo, si solo ve un campo magnético en un marco, verá un campo magnético y eléctrico en otro marco que se desplaza por un cambio en la velocidad. Luego está el ejemplo del efecto Ahronov-Bohm. En este caso, tienes una región donde tanto el campo eléctrico como el magnético son cero, pero un electrón aún siente una fuerza electromagnética.

Lo fundamental es el potencial de cuatro vectores.$A_\mu$. Los campos eléctrico y magnético son arreglos particulares de derivados particulares de este campo. Está$A_\mu$que aparece en las ecuaciones que gobiernan el electromagnetismo, como la ecuación de Maxwell o la ecuación de Dirac. En varios casos especiales importantes podemos ignorar$A_\mu$y trabajar con el$E_i$y$B_i$los campos. Pero el entendimiento fundamental siempre va a estar basado en$A_\mu$.

A un nivel fundamental de partículas elementales , la respuesta es que mientras no se detecten monopolos magnéticos, entonces un dipolo de campo magnético necesita una partícula cargada.

El electrón tiene un momento magnético :

En física atómica, el momento magnético del electrón, o más específicamente el momento dipolar magnético del electrón, es el momento magnético de un electrón causado por sus propiedades intrínsecas de espín y carga eléctrica.

Solo hay límites para un momento magnético del neutrino, una partícula neutra con una masa muy pequeña. Eche un vistazo a mi respuesta aquí para obtener más enlaces para neutrinos.

En relatividad especial puedes demostrar que las siguientes son cantidades invariantes, es decir , son verdaderas en todos los marcos:

De ello se deduce que, si en un cuadro tiene campos eléctricos y magnéticos distintos de cero que son perpendiculares (de modo que$\mathbf{B}\cdot\mathbf{E} = 0$) tal que$c^2 \mathbf{B}^2-\mathbf{E}^2 > 0$, entonces es posible ir a un marco donde el campo eléctrico es cero y el campo magnético es distinto de cero.