[0:01]Hola, mi nombre es Federico. En este video vamos a desarrollar lo que llamamos teoría de campos. Eh, la idea del video es hacer hincapié en algunos conceptos que a lo mejor es más fácil desarrollarlos de este modo. Eh, pero no pretende reemplazar ninguno de los otros materiales que ustedes tienen en el campus como los libros, las presentaciones y sobre todo los links a la bibliografía que desarrolla el tema de forma específica que es donde mejor van a poder encontrar el material para entender el tema. Eh, esto está desarrollado dentro del bloque electromagnetismo, así que vamos a hablar principalmente de campos eléctricos y magnéticos. Y vamos a empezar diciendo que eh la naturaleza eléctrica de la materia es algo que el hombre de alguna manera conoce desde tiempos ancestrales. Ya los griegos eh tenían desarrollos al respecto, eh y la manera en que eh la materia interactúa de manera eléctrica eh de acuerdo a sus propiedades, es algo que se fue desarrollando eh por la física a lo largo del tiempo. Eh lo que sí es seguro es que para que se produzca esa interacción de tipo eléctrico, eh los sistemas no necesitan entrar en contacto y esto es algo eh que siempre fue relativamente conflictivo, digamos, porque uno sabe que para en general uno para poder eh interactuar con un sistema y provocar una reacción necesita contactarlo de algún modo. Sin embargo, la interacción de tipo eléctrico no necesita ningún tipo de contacto. Esto es lo que en un principio se llamó eh acción a distancia, es decir, los sistemas pueden interactuar aún estando distanciados. Y el primer desarrollo de este tipo de interacción a distancia se dio a partir de la eh teoría de la gravitación universal de Newton. En esta teoría, este Newton desarrolla cómo es que los cuerpos que tienen masa son capaces de interactuar, aún sin estar en contacto. Eh el desarrolla que existe una se se desarrolla una fuerza que se llama gravitatoria entre las partículas que tienen masa, que está regida por una ecuación. Este, pero donde el el lo que vamos a discutir que más nos interesa es que el esa interacción se produce solamente por la existencia de las partículas, que nada la media, es decir, no hace falta que haya nada en el medio entre las partículas para que la interacción se produzca y la interacción ocurre de manera instantánea. De manera análoga, este el desarrollo de la interacción eléctrica toma estos preceptos, lo hace Coulomb y eh es desarrolla su eh teoría de acción a distancia eléctrica. Con la salvedad de que la carga eléctrica puede venir de dos tipos distintos, que vamos a llamar positivo y negativo, entonces las fuerzas si se establecen entre partículas que tienen el mismo tipo de carga, van a ser de repulsión y si se establece entre partículas que tienen cargas de signo contrario, va a ser de atracción. Pero con los mismos preceptos, ¿no? La interacción se da solamente por el hecho de la existencia de las partículas, no es mediada por por nada y es instantánea. Sin embargo, el tiempo demostró que esta concepción no era eh correcta. Y se desarrolló lo que se llama teoría de campos, donde el concepto principal es que hay algo en el medio entre ambas cargas, que es lo que media la interacción, que vamos a llamar campo. Eh así como, no sé, podemos imaginar eh un un corcho flotando en la superficie libre de un líquido. Y uno perturba esa superficie y esa perturbación se propaga por el fluido hasta este llegar a donde está el corcho y y y interactuar con él. Este, algo así viene a ser el campo, como ese fluido que está en el medio entre donde se provoca el fenómeno y a donde actúa el fenómeno.
[4:14]Entonces ahora la interacción no es instantánea, porque existe algo en el medio que se llama campo y que es el que media la interacción. Ustedes ya vieron en el primer bloque de esta misma materia la teoría estándar de la física donde el concepto de interacción entre partículas cargadas era distinto porque se se entendía o se desarrolla que está mediada por una partícula, es decir, eh la interacción entre partículas de tipo eléctrico está mediada por una partícula, una tercer partícula que en este caso se va a tratar del fotón. Este, lo cual cambia un poco el panorama de lo que estamos discutiendo como teoría de campos. Sin embargo, todo esto se junta en algo que se llama teoría de campo cuántico, que si tienen ganas pueden eh buscar un poco en internet de qué se trata. Sin embargo, eh nosotros nos vamos a adscribir a la teoría de campos. Eh usándola como herramientas. Con esto quiero decir, eh no nos vamos a detener en el carácter ontológico del campo, es decir, si este existe o no existe, sino simplemente lo vamos a tomar como una herramienta conceptual que nos va a permitir explicar cómo es que partículas, en este caso con carga, que están distanciadas son capaces de interactuar entre ellas.
[5:27]Entonces, eh campo lo vamos a definir eh de manera eh fenomenológica, si se quiere, no. Lo vamos a definir eh de manera operacional, esa es la palabra, como una función que da un valor único a la variable de interés en cada punto del espacio. Campos existen de muchos tipos, los podemos definir para cualquier variable que se desarrolla en el espacio, pueden ser bidimensionales. Este, bidimensionales eh graficados de manera tridimensional o estrictamente tridimensional, ya sea escalares, cuando la variable es un escalar, como por ejemplo, podría ser la temperatura, que es el caso de estas representaciones. O podría ser vectorial si la variable es vectorial, como eh va a ser el caso que vamos a desarrollar nosotros, ya que la variable campo es una variable vectorial. Pero nosotros conocemos otro tipo de campos vectoriales que a lo mejor no son más este familiares, como por ejemplo, eh un mapa que detalle este el movimiento de las masas atmosféricas. Eh la dirección de los vientos que está representado acá con estas flechitas, donde el largo de la flechita representa la intensidad del viento en cada punto y la orientación de la flecha representa la dirección y el sentido del viento en cada punto. O este otra representación donde se ve el el movimiento de corrientes marinas, por ejemplo, también representadas como vectores aplicadas en cada punto. Con este tipo de representaciones es que nosotros eh vamos a lidiar ahora para representar campos eléctricos tanto como magnéticos. Eh son campos de fuerza, porque eh lo que nos interesa es eh cómo vamos a poder predecir eh las fuerzas de tipo eléctrico o magnético, es decir, la interacción entre partículas que tienen propiedades eléctricas o magnéticas y eh de estos tres, empezamos hablando de campo gravitatorio. En realidad de la interacción a distancia de tipo gravitatorio, por supuesto, la teoría de campos también se desarrolla para campo gravitatorio. En estas clases nos vamos a enfocar en estos dos campos en particular. Una manera sencilla de visualizar eh la presencia de un campo y de esquematizarlo es a través de las líneas de campo. Eh que son eh hay que tener claro que son simples representaciones de lo que es el campo, ¿no? Si el campo es una herramienta y ni siquiera vamos a discutir si existe o no existe estrictamente, eh las líneas de campo ni siquiera son el campo, tampoco, sino que son una representación de campo muy útil, eh para entender cómo está funcionando un sistema con propiedades eléctricas o magnéticas en este caso en particular. Para dibujar las líneas de campo vamos a seguir ciertas reglas. Están desarrolladas en estos en esta lista, eh son relativamente simples, eh las van a encontrar en todos lados. Eh no las vamos a desarrollar ahora, simplemente tengan la presente. Y así es que a partir de una carga eléctrica de tipo positivo vamos a dibujar líneas que salgan de ella, por eso vamos a decir que las cargas positivas son fuentes de campo porque las líneas emergen a partir de esa carga positiva. Entonces, ahora si consideramos un punto P en las proximidades de una carga positiva, vamos a poder definir a la variable campo eléctrico en este punto por el solo hecho de estar en las inmediaciones de la carga positiva. Ese ese esa magnitud de campo eléctrico va a ser un vector orientado alejándose de la carga positiva, porque dijimos que las cargas positivas son fuentes de campo, es decir, siempre los vectores se van a alejar de las cargas positivas. Y eh su eh magnitud, es decir, el el la intensidad de esta de este vector va a guardar relación directa con la intensidad del campo eléctrico en este punto P, donde está aplicada del vector. De manera tal que si colocáramos una carga en este punto P, va a sufrir una fuerza eléctrica culpa de su interacción con esta partícula primera, por estar inmersa en el campo eléctrico de esta primera. Eso es lo que vamos a decir. Y la magnitud de esta interacción, de esta fuerza eléctrica que sufre esta carga de la derecha, eh guarda relación directa con la intensidad del campo en ese punto. De este modo, va a ser el producto de la magnitud de la carga por la magnitud del campo en el punto donde está la carga, esa va a ser la magnitud de la fuerza eléctrica. Y eh me interesa que presten atención cuando revean este tema a la diferencia que hay en la definición de fuerza eléctrica, cuando consideramos la teoría de campos, donde la fuerza eléctrica aparece definida por la magnitud del campo en relación a cómo era la magnitud de la fuerza eléctrica en eh cuando veíamos la ecuación de Coulomb, donde era proporcional al producto de las dos cargas que interactuaban. Porque eh en este caso, podemos decir que para que esta carga sufra de la fuerza eléctrica que padece, es necesario que esté donde hay campo eléctrico. Quiero decir con esto, no necesitamos conceptualmente de una segunda carga con la cual interactúe a distancia, sino que basta con que esté colocada en una zona donde el campo eléctrico es distinto de cero para que haya alguna manifestación de fuerza eléctrica. Esto es conceptualmente fundamental porque nos independizamos de la existencia de esta carga. De hecho, perdón, esta carga podría no existir, esta carga podría ser un sistema de cargas desconocido, no sé, lo que uno quiera, puede haber afuera de esta caja, siempre y cuando se defina un campo eléctrico de magnitud eh en este punto, es decir, que ahora eh la aparición de la fuerza eléctrica va a ser debida a haber colocado a la carga en una zona donde el campo eléctrico es distinto de cero y no necesariamente por estar interactuando con otra carga. Esto cambia mucho la manera en la que se piensan estos temas.
[11:39]Eh análogamente, eh como venimos hablando de campos eléctricos, eh también podemos hablar de campos magnéticos. En este caso, eh la variable va a ser el magnetismo y y vamos a llegar a un punto en donde vamos a darnos cuenta, creo yo, solos que los campos eléctricos y los campos magnéticos son dos eh eh manifestaciones de un mismo fenómeno. Los campos magnéticos eh también se representan con líneas de campo magnético, eh siguen básicamente las mismas reglas. Vamos a hacer algunas salvedad, vamos a decir que eh así como en el fenómeno eléctrico hablábamos de dos tipos de carga que llamamos positiva o negativa, en el caso del magnetismo vamos a definir dos polos en los sistemas que vamos a llamar norte y sur con eh la la gran particularidad de que esos polos siempre eh coexisten, digamos. Nunca va a haber sistemas unipolares donde solo haya polos nortes o polos sur, sino que siempre los sistemas magnéticos van a tener polo norte y polo sur, van a ser dipolares siempre. Con eh teniendo esto presente y considerando que vamos a definir que las líneas de campo siempre salen de los polos norte, que son las fuentes de campo, y entran en el polo sur, que son los sumideros de campo, las líneas de campo magnético siempre van a ser cerradas porque siempre van a salir de un polo norte y llegar a un polo sur necesariamente. El resto de las eh consideraciones para eh representar las líneas de campo magnético son las mismas que aquellas que para que usamos para representar las líneas de campo eléctrico. Les decía que en los fenómenos magnéticos siempre hablamos de dipolos y esto lo esquematizamos con este este dibujito tan sencillo, casi una caricatura, eh donde vemos que si tenemos un sistema que tiene un polo norte y un polo sur, y lo partimos por la mitad, cada mitad va a volver a desarrollar un polo norte y un polo sur y así eh indefinidamente, podemos decir, en principio, por supuesto, no hay nada indefinido e infinitamente pequeño en la naturaleza, pero este hasta los niveles que vamos a discutir siempre los sistemas se comportan eh como dipolos. No se conocen sistemas al presente donde eh haya únicamente uno de los polos magnéticos. Eh muy bien, el campo magnético entonces lo vamos a definir como eh eh con la dirección y el sentido con cómo se orienta una brújula. Básicamente, eh la brújula, una brújula eh común, ustedes saben que tiene una aguja que marca el norte, entonces eh vamos a definir que el campo magnético tiene la dirección eh de acuerdo a cómo se orienta una brújula. Por ejemplo, vamos a ver más adelante, en este video no, sino en otro, eh que alrededor de un eh conductor por donde circula corriente, se establece un campo magnético circular en derredor de él, perpendicular, este que podemos eh evidenciar con una serie de brújulas que se van a orientar de esta manera. Y eh acá va a haber que hacer una salvedad que es interesante, una vamos a tener que discutir una particularidad. Eh así como eh la fuerza eléctrica era sufrida, vamos a decir por cualquier sistema que posea carga eléctrica, las fuerzas magnéticas se van a manifestar en cualquier sistema que cumpla dos propiedades. Que eh tenga carga eléctrica, pero que a su vez también tenga una velocidad, es decir, que esté en movimiento. Es decir, que si una partícula tiene carga eléctrica y además se desplaza de manera no paralela a un campo magnético, eso es lo que está representado con estos tres vectores. Esta es la partícula con carga, esta es la velocidad de desplazamiento, perpendicular a ella está este vector violeta que es el campo magnético, se va a manifestar la presencia de una fuerza magnética perpendicular a los dos primeros vectores. Eso es lo que está representado acá, eh queriendo tener cierta perspectiva, también está representado acá con el vector azul fuerza hacia arriba, el vector rojo, velocidad hacia la izquierda, igual que acá. Y eh en vez de dibujar en perspectiva, el vector violeta campo magnético, está representado con este círculo con un puntito en el centro, eh que quiere decir que sale de la pantalla hacia nosotros. No es como si miráramos este esquema desde acá, donde el vector violeta apunta hacia nuestra vista. Bueno, eso es lo que representa esto.
[16:26]Eh guarda este esquema con una punta guarda relación a un esquema como si fuera una flecha. Este, que si apunta hacia nosotros se representa con un punto y si apunta hacia adentro de la pantalla, es decir, se aleja de nosotros, se representa con una cruz o una X, como si fuera la cola de plumas de la estrella. Este de la, perdón, de la flecha. Esto es necesario porque hay una eh triple perpendicularidad, vamos a decir, entre los tres vectores involucrados en el fenómeno magnético, que son velocidad, campo magnético y fuerza. Entonces, si representamos dos de ellos en el plano, siempre el tercero que normalmente se elige para representar fuera del plano o campo magnético, va a haber que representarlo con algún tipo de representación de este tipo, porque no nos va a alcanzar el papel para dibujarlo. Bueno, entonces, terminando, podemos hacer una diapode repaso, ¿qué es lo que vimos en este video? Eh vimos una definición operacional de campo, tanto eléctrico como magnético y discutimos eh campo eléctrico y sus características y cómo impacta en la fuerza eléctrica y campo magnético y sus características y cómo hallar la fuerza magnética en una carga en movimiento. Eh sin más, eh gracias y nos vemos en otro video.
