Conceptos Fundamentales de Electromagnetismo y Óptica: Inductancias, Ondas EM y Refracción

Repaso de Conceptos Clave en Electromagnetismo y Óptica

A continuación, se presentan las resoluciones y aclaraciones de las preguntas planteadas en las clases 26, 27 y 28, enfocadas en el comportamiento de inductancias, la naturaleza de las ondas electromagnéticas y los fenómenos ópticos básicos.

Clase 26: Inductancias y Ondas Electromagnéticas

• ¿Cuándo pasa corriente por una inductancia, se forma un campo magnético?

  Sí. Cuando pasa corriente por una inductancia, se genera un campo magnético debido a la variación del flujo magnético asociado a la corriente. Este fenómeno es la base de la autoinducción.

• ¿Qué pasa con el máximo de la corriente si la conectamos directamente a una pila?

  Si se conecta una inductancia directamente a una pila (fuente de corriente continua, CC), inicialmente la inductancia se opone al cambio de corriente. Sin embargo, una vez establecida la corriente continua, la inductancia actúa esencialmente como un cable conductor (su impedancia es cero o muy baja). Si la inductancia tuviera una resistencia interna nula, el máximo de la corriente tendería a infinito, lo que en la práctica causaría un cortocircuito o sobrecalentamiento si la fuente no tiene limitación.

• ¿En qué dirección se propaga la onda electromagnética?

  La onda electromagnética se propaga en una dirección que es perpendicular tanto al campo eléctrico ($\vec{E}$) como al campo magnético ($\vec{B}$). La dirección de propagación se determina mediante el producto vectorial: $\vec{E} \times \vec{B}$.

• ¿Son luz las ondas de radio? ¿Podemos verlas?
  • Sí, las ondas de radio son un tipo de onda electromagnética, al igual que la luz visible, los rayos X y las microondas.
  • No podemos verlas porque su longitud de onda se encuentra fuera del rango espectral sensible al ojo humano.

Clase 27: Polarización y Fenómenos de Interfaz

• ¿Qué es la polarización lineal?

  Es la condición en la que el vector del campo eléctrico de una onda electromagnética oscila únicamente a lo largo de una única dirección fija, siempre dentro del plano perpendicular a la dirección de propagación.

• ¿Qué vemos cuando tenemos solamente dos polarizadores y los orientamos perpendicularmente?

  No se observa luz que pase a través del segundo polarizador (analizador). Esto se debe a que las direcciones de polarización están bloqueadas mutuamente (condición de polarizadores cruzados).

• ¿Qué es la polarización circular?

  Es aquella en la que la magnitud del campo eléctrico se mantiene constante, pero el vector de este campo gira describiendo un círculo a medida que la onda avanza en el tiempo, trazando un movimiento helicoidal en el espacio.

• ¿Qué es la reflexión?

  Es el fenómeno por el cual la luz (u otra onda) rebota al incidir sobre una superficie. Cumple rigurosamente la Ley de Reflexión: el ángulo de incidencia ($\alpha$) es igual al ángulo de reflexión ($\beta$): $\alpha = \beta$.

Clase 28: Reflexión Múltiple y Refracción

Fenómenos de Imagen y Refracción

• Si tenemos dos espejos a $90^{\circ}$, ¿cuántas imágenes vemos? ¿En todas las imágenes se intercambia lo izquierdo por lo derecho?

  En este arreglo se observan tres imágenes: dos reflejos simples (uno en cada espejo) y una reflexión doble (imagen virtual formada por la imagen del primer espejo reflejada en el segundo). En las imágenes generadas por los reflejos simples se produce el intercambio lateral (izquierda/derecha). Sin embargo, en la reflexión doble, este intercambio lateral se revierte, por lo que la imagen final no presenta inversión lateral respecto al objeto original.

• ¿Por qué un pez en el agua lo vemos en un lugar que en realidad no está?

  Esto ocurre debido a la refracción de la luz. El cambio de medio (del agua al aire) provoca un cambio en la dirección de los rayos luminosos que provienen del pez. Nuestro cerebro interpreta estos rayos como si vinieran en línea recta, haciendo que el pez parezca estar en una posición aparente (más superficial) diferente a su posición real.

• ¿Cómo se relaciona el índice de refracción de un material con la velocidad de la luz en ese material?

  El índice de refracción ($n$) de un material está relacionado inversamente con la velocidad de la luz ($v$) dentro de ese material, respecto a la velocidad de la luz en el vacío ($c$):

  $$n = \frac{c}{v}$$

  Cuanto mayor es $n$, más lenta es la luz en ese medio.

• ¿Por qué vemos “agua” donde en realidad no hay?

  Este fenómeno se conoce como espejismo (o espejismo inferior). Se produce por la refracción de la luz a través de capas de aire con diferentes temperaturas (y por lo tanto, diferentes índices de refracción). El gradiente continuo del índice de refracción desvía la luz del cielo hacia el observador, creando la ilusión óptica de una superficie reflectante, similar al agua.