Ondas electromagnéticas – Teorías de emisión

Se razonamos según Newton, los campos electromagnéticos estacionarios – campo eléctrico y campo magnético – serían, a ejemplo del campo gravitacional, producidos gracias a la emisión, por los cuerpos materiales, de alguna cosa de naturaleza inmaterial.

Clásicamente hablando, esa alguna cosa, siendo inmaterial, no debería transportar energía. El término energía fue utilizado, en su plenitud física actual, posteriormente a Newton y solamente desde el siglo XIX comenzó a pensarse en energía contenida en los campos estacionarios.

No se debe confundir energía del campo con energía potencial, pues esta fue pensada inicialmente como una energía contenida en un objeto por el hecho  de que él se ubica en un campo.

Por otro lado, si razonamos según Maxwell, si la luz fuese absorbida por un cuerpo, este cuerpo se calienta, lo que demuestra que él recibió energía del exterior.

Se pretendiésemos compatibilizar los dos razonamientos (de Newton y de Maxwell), la única solución sería suponer que luz y onda electromagnética serían entidades emitidas por los cuerpos, pero que representan cosas distintas, aunque posean una afinidad muy grande (la misma fuente, los mismos receptores, la misma velocidad y una interrelación muy intensa entre ambas al encontrarse en el espacio).

No obstante, Maxwell optó por la teoría mecánico ondulatoria tanto para los campos como para la luz y, por lo tanto, por la suposición de no emisión; y la identidad propalada por Maxwell resulta de esta opción.

Por lo que parece, en ninguna parte de su obra Maxwell  asume la posibilidad de la existencia de “alguna cosa” de naturaleza inmaterial emitida por los cuerpos materiales; o sea, emisión para Maxwell sería emisión de materia, no habiendo nada de inmaterial en su teoría electromagnética – ni siquiera el éter – asemejándose con el espíritu de la materia newtoniano.

La teoría ondulatoria clásica difiere de las teorías de emisión  – sea material, sea inmaterial  – principalmente por asumir la existencia de un medio etéreo conteniendo energía que se propaga, sea cinética (vibraciones del medio), sea potencial (elasticidad). Nada lleva a que se piense en la existencia de un éter inmaterial, pero no fue esa la opción de Maxwell, pues él deja claro, en toda a su obra, creer en un comprometimiento de naturaleza mecánica entre materia y energía.

Muchos en la actualidad creen en un éter inmaterial, o aun, en un éter que satisfaga los caprichos de unas matemáticas sofisticadas. Einstein llega cerca de esa situación, dejando claro que esa idea de éter podría ser dejada de lado en un estudio inicial.

La representación de las ondas electromagnéticas

En el estudio de las ondas electromagnéticas es costumbre hacer hincapié a las llamadas ondas planas, o sea, aquellas que se propagan en una dirección fija. Con esta simplificación, la configuración más simple sería aquella que representa uno de los constituyentes elementares de la onda recorriendo un eje rectilíneo.

En la Figura 1 está representada un tipo estándar (onda sinusoidal) de esos elementos propagándose en la dirección x, con el campo eléctrico E en la dirección “y” y el campo magnético B en la dirección z.

Los campos E y B son siempre perpendiculares a la dirección de propagación y son perpendiculares entre si. Se dice también que esa onda es linealmente polarizada, denominación que significa que el campo eléctrico se restringe a ser paralelo a una determinada recta del plano xy (en el caso representado en la imagen, la recta considerada es paralela al eje “y”).

Figura 1: Onda electromagnética plana, linealmente polarizada.

En el estudio de la óptica ondulatoria es costumbre utilizarse esta figura (1) para representar el componente más simple de la luz, aquél que vendrá, bajo ciertos aspectos, a identificarse con el fotón de las teorías actuales, como veremos en los capítulos siguientes.

Se dice también que esa luz, linealmente polarizada, sería aquella emitida por un átomo individual, y el campo eléctrico transversal de la luz sería siempre dirigido en un plano que contiene la línea a lo largo de la que oscila la distribución de carga y la dirección de propagación de la luz.

En general se representa la onda electromagnética de la figura 1 a través de su imagen en un plano perpendicular a la dirección de propagación (eje x) y con el valor máximo para el vector campo eléctrico

Y, como es mostrado en la figura 2a. Se puede, todavía,  dejar de representar el vector campo magnético B, como mostrado en la figura 2b. Esta simplificación facilita el estudio de situaciones más complejas, como veremos luego a continuación.

Figura 2: a) Onda electromagnética plana observada en la dirección de propagación. b) La misma onda representada de manera simplificada,

solamente con el campo E.

Se dice también que, por lo general, la onda electromagnética emitida por una colección de átomos es no polarizada, porque no hay relación entre la orientación de la línea de oscilación de las cargas en un átomo y la orientación de esta línea en un otro átomo. Ocurren entonces todas las polarizaciones posibles y, por lo tanto, no hay polarización.

Representaremos esa onda no polarizada en la figura 3.

Figura 3: Representación esquemática de la onda electromagnética no polarizada