En física, l'energia del camp electromagnètic és l'energia emmagatzemada en una regió determinada de l'espai pel camp electromagnètic, i està formada per la suma de les energies associades al camp elèctric i al camp magnètic.
Aquesta definició també inclou casos especials de camps elèctrics purs i magnètics purs.
A les ones electromagnètiques aquestes dues quantitats són sempre iguals i convé parlar del flux d'energia transportat per l'ona a la unitat de temps, a través d'una superfície, mitjançant l'ús del vector de Poynting.
L'energia electromagnètica també inclou l'energia de les ones electromagnètiques; per aquesta raó, també se'n diu energia radiant.
Què és una ona electromagnètica?
Les ones electromagnètiques són una conseqüència de les vibracions produïdes entre camps magnètics i elèctrics. També estan formats pels camps magnètics i elèctrics oscil·lants.
Les ones electromagnètiques es propaguen a través de lespai amb un component elèctric i magnètic. Els camps magnètics i elèctrics d'una ona són perpendiculars entre si i amb la direcció de l'ona. Aquests components oscil·len en un angle recte entre si i amb la direcció de propagació de l'ona.
El conjunt d'ones electromagnètiques que viatgen a una velocitat d'una velocitat constant de 3.00 x 10 8 m/s a través de la matèria o al buit s'anomena radiació electromagnètica. Els camps elèctrics i magnètics no poden desviar la seva trajectòria, però sí que poden mostrar interferències.
Tipus d'energia electromagnètica
Hi ha diferents tipus d'energia electromagnètica. Les ones electromagnètiques es classifiquen depenent de la freqüència i la longitud d'ona, és a dir, del seu espectre electromagnètic.
D'acord amb aquesta classificació hi ha els tipus d'energia electromagnètica següents:
Energia lumínica
L'energia lumínica és una forma d'energia electromagnètica que pot percebre l'ull humà. Es troba en un rang de longituds d'ona que va des d'aproximadament 380 nanòmetres (violeta) fins a 750 nanòmetres (vermell). Els colors diferents corresponen a diferents longituds d'ona i energies.
Radiació ultraviolada (UV)
La radiació ultraviolada es troba just per sobre del rang de llum visible a l'espectre electromagnètic, amb longituds d'ona més curtes que el violeta. Pot ser perjudicial per a la pell humana en exposicions perllongades i s'utilitza en aplicacions com l'esterilització i la detecció de fluorescència.
Radiació infraroja (IR)
La radiació infraroja és just per sota del rang de llum visible, amb longituds d'ona més llargues que el vermell. És coneguda per la seva capacitat per transmetre calor i s'utilitza en aplicacions com a sensors de temperatura, càmeres de visió nocturna i controls remots.
Microones
Les microones tenen longituds d'ona més llargues que les de la radiació infraroja i s'utilitzen en tecnologia de comunicació per microones, com ara les comunicacions satel·litàries i els forns de microones.
Radiofreqüència (RF)
Les ones de radiofreqüència tenen longituds d'ona encara més llargues que les microones i s'utilitzen en diverses aplicacions de comunicació, des de la ràdio AM/FM fins a les xarxes sense fil i les comunicacions mòbils.
Raigs X
Els raigs X són una forma de radiació electromagnètica d´alta energia amb longituds d´ona més curtes que la llum ultraviolada. S'utilitzen en aplicacions mèdiques per obtenir imatges d'estructures internes del cos i diverses aplicacions industrials i investigatives.
Raigs gamma
Els raigs gamma són la forma més energètica de radiació electromagnètica amb llargades d'ona extremadament curtes. S'utilitzen en medicina nuclear i en la investigació nuclear per la seva capacitat per penetrar materials i detectar partícules subatòmiques.
Exemples denergia electromagnètica
Lenergia electromagnètica es manifesta a través de moltes fonts denergia. Algunes són naturals, com ara la radiació solar, i d'altres són d'origen artificial, com ara els forns microones.
A continuació, exposem alguns exemples on es manifesta l'energia electromagnètica:
Trens de suspensió magnètica
Aquest tipus de trens són trens levitants que se sostenen gràcies a la força que exerceixen uns potents electroimants. Quan aquests electroimants estan alimentats per un corrent elèctric augmenta la intensitat del camp magnètic que genera una força de repulsió entre els vagons i el rail metàl·lic.
Transformadors elèctrics
Els transformadors elèctrics són uns dispositius que permeten variar la tensió dun corrent elèctric. Es basa en dues bobines (la primària i la secundària) formades per un cable conductor enrotllat en un nucli de ferro.
Quan el corrent altern entra a la bobina primària genera un camp magnètic que activa la bobina secundària. El camp magnètic que rep la segona bobina genera un corrent elèctric de sortida.
Si el nombre de voltes del filferro és diferent entre la bobina primària i la secundària, la tensió de sortida és diferent.
Els transformadors elèctrics sutilitzen per adaptar el corrent dalta tensió a la tensió dús a les nostres cases, per exemple.
Motors elèctrics
Els motors són dispositius capaços de transformar lenergia elèctrica en energia mecànica, és a dir, en un moviment. Durant aquest procés, l'electricitat es transforma en energia electromagnètica mitjançant el rotor i l'estator.
El rotor, que és la part mòbil, està format per bobines situades entre els pols d'un imant permanent situat a l'estator. El camp electromagnètic generat manté el gir del rotor a una velocitat constant.
Els generadors elèctrics
Aquest tipus de dispositius funcionen pel mateix principi que els motors elèctrics, però en sentit contrari. En aquest cas, el generador rep un treball mecànic que fa girar el rotor i genera un camp electromagnètic del qual s'obté electricitat.
Forns de microones
Els forns microones poden escalfar els aliments a partir de la generació i la concentració d'ones electromagnètiques. Aquestes ones són semblants a les que permeten les comunicacions per ràdio.
Tot i això, en aquest cas tenen una freqüència més elevada que transformen els dipols dels aliments a velocitats molt altes. El moviment d‟aquestes partícules genera l‟energia cinètica que escalfa els aliments.
Imatges per ressonància magnètica
Les imatges per ressonància magnètica són una aplicació de la medicina nuclear per poder examinar de manera no invasiva el pacient. L‟obtenció d‟aquestes imatges que s‟utilitza per al diagnòstic de malalties es generen a través de l‟emissió d‟ones amb energia electromagnètica.
Conceptes bàsics
A més de les ones electromagnètiques cal conèixer alguns aspectes bàsics relacionats
Càrrega elèctrica
La càrrega elèctrica és la quantitat denergia elèctrica que transporta una partícula o objecte , i és una quantitat física que determina quant li afecta la presència dun camp electromagnètic.
Corrent elèctric
Un corrent elèctric es genera amb el moviment de les càrregues elèctriques. Hi ha dos tipus de càrregues elèctriques bàsiques: els electrons que tenen una càrrega negativa i els protons la càrrega dels quals és positiva.
Magnetisme
El magnetisme és una força de repulsió o atracció que exerceixen les partícules carregades elèctricament entre elles.
Camp electromagnètic
El camp electromagnètic és originat per elements que tenen una càrrega elèctrica que afecten el comportament d'altres partícules carregades al conjunt dels camps elèctrics i magnètics.