Interacción electromagnética

BLOQUE 3:
INTERACCIÓN ELECTROMAGNÉTICA.
En la vida cotidiana sólo nos encontramos con dos tipos de interacciones:
- la gravitatoria, ya estudiada, que da cuenta de los movimientos de los astros y de los
movimientos de caída de los cuerpos hacia Tierra, así como de fenómenos tales como las
mareas, y
- la electromagnética, que explica todos los demás fenómenos cotidianos: las propiedades
diferenciadas de sólidos, líquidos y gases; los rozamientos y fricciones entre cuerpos en
contacto; las tensiones de las cuerdas; el que un objeto apoyado en otro no se caiga; la
propagación de la luz visible y de todo el espectro de ondas electromagnéticas; las
reacciones químicas y los procesos metabólicos que tienen lugar en los seres vivos;… De
aquí la importancia de su estudio.
El establecimiento de las leyes de la mecánica y la elaboración de una teoría de la
interacción gravitatoria tuvo una enorme importancia para el progreso de la ciencia, pues marcó el
camino a seguir. El gran logro de Newton fue demostrar que cuando la especulación racional se
sometía a la disciplina de la contrastación experimental, era posible encontrar explicaciones
sencillas de los fenómenos naturales que, además, permitían realizar predicciones.
Pero si bien el newtonianismo produjo un gran cambio en las conciencias, transformó
poco la vida cotidiana de las personas. Todo lo contrario que el electromagnetismo, objeto de
estudio en el presente bloque. La explicación conjunta de los fenómenos eléctricos y magnéticos a
finales del siglo XIX por James Clerk Maxwell ha sido la base de un desarrollo tecnológico sin
precedentes en la historia de la humanidad. La electricidad está hoy tan presente en nuestras
vidas que apenas si le prestamos atención; sin embargo, hace un siglo, el alumbrado eléctrico
era escaso y no existían estufas eléctricas, motores eléctricos, electrodomésticos, teléfonos,
radios, televisores, calculadoras, ordenadores, aparatos de rayos X,…; es realmente interminable
la lista de instrumentos de uso común cuyo diseño ha sido posible gracias al desarrollo del
electromagnetismo.
Aún cuando la síntesis de Maxwell no ha tenido la repercusión social que en su día tuvieron
las teorías de Newton, o posteriormente las de Einstein, lo cierto es que su trascendencia
científica es similar. Maxwell es el responsable de haber dado el primer paso hacia la consecución
de uno de los deseos más queridos de los físicos de todos los tiempos: la unificación de todas
las interacciones entre sí.
En un principio los fenómenos eléctricos y magnéticos,
pese a sus similitudes, fueron considerados como realidades
completamente independientes. Ello se debió a que no se
detecto ningún tipo de interacción entre cargas eléctricas e
imanes. La conexión entre magnetismo y electricidad tuvo que
esperar a que fuera posible mantener corrientes eléctricas, algo
que consiguió Volta con el descubrimiento de la pila. Fue
entonces, hacia 1820, cuando los trabajos de Oersted, de
Faraday y de Henry llevaron al nacimiento del electromagEl rayo, quizá el fenómeno de origen eléctrico más
netismo en sus dos vertientes: corrientes eléctricas que
espectacular.
producían campos magnéticos y campos magnéticos que
producían corrientes eléctricas. Quedó entonces claro que si antes no se había detectado relación
entre electricidad y magnetismo era porque siempre se había trabajado con cargas estáticas. De
© María Dolores Marín Hortelano / Manuel Ruiz Rojas
Interacción electromagnética.
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esta forma se abre la caja de la mayor parte de las aplicaciones de la
energía eléctrica con la fabricación de generadores y motores eléctricos
y el inicio de importantes industrias como la Siemens, la AEG o la
General Electric Company. Años más tarde, en 1873, Maxwell daría al
electromagnetismo cuerpo de teoría unificada, situando a la carga
eléctrica como la causa última de la interacción electromagnética.
Desarrollamos el estudio del presente bloque en tres unidades:
en las dos primeras se analizan las características de los campos
eléctricos y magnéticos, tomando como referencia el análisis
matemático de la teoría de campos ya desarrollada al estudiar el campo
gravitatorio; en la última unidad se analiza la inducción
electromagnética y se desarrollan los principios de la producción,
transformación y utilización de la corriente eléctrica.
La producción, transporte y
utilización de la electricidad es un
fenómeno relativamente reciente,
fruto del descubrimiento de la
inducción electromagnética.
ACTIVIDAD INTRODUCTORIA: El objeto de las siguientes cuestiones es que recuerdes y/o repases ciertos
conocimientos que se van a aplicar en el desarrollo del bloque:
1. ¿Cómo explicas que unos trocitos de papel se adhieren a un bolígrafo previamente frotado en la manga de tu
jersey? Aprovecha esta cuestión para clarificar cuándo se dice que un cuerpo es neutro, cuándo se dice que está
cargado positivamente y cuándo lo está negativamente.
2. ¿Qué experiencia de electrización por frotamiento plantearías para demostrar la existencia en la materia de dos
tipos de carga eléctrica, las llamadas positiva y negativa?
3. ¿Cuáles son las semejanzas y las diferencias más significativas entre la fuerza entre cargas eléctricas y la fuerza
entre masas?
4. Nos aseguran que las fuerzas eléctricas entre las partículas subatómicas cargadas (protones y electrones) son
enormes en comparación con las fuerzas gravitatorias entre ellas. Entonces, ¿por qué no consideramos las fuerzas
eléctricas cuando trabajamos con los objetos cotidianos o cuando estudiamos el movimiento de los astros?
5. ¿A qué llamamos corriente eléctrica o electricidad? ¿Por qué puede establecerse en ciertos materiales, llamados
conductores (metales, grafito, disoluciones salinas,...) y no puede establecerse en otros, llamados aislantes o
dieléctricos (caucho, vidrio, plástico,...)?
6. Recuerda el significado físico de los siguientes conceptos, ya introducidos al hablar del campo gravitatorio:
a) intensidad de campo (gravitatorio, eléctrico,...) en un punto.
b) potencial (gravitatorio, eléctrico,...) en un punto y diferencia de potencial entre dos puntos del campo.
7. Desde el siglo X venimos utilizando brújulas para orientarnos en nuestros viajes por el planeta Tierra. ¿En qué se
basa este aparato? ¿Cómo funciona?
8. ¿Qué transformaciones energéticas tienen lugar en una central hidráulica para producir electricidad? ¿Y en una
central nuclear?
9. ¿Qué diferencia encuentras entre la electricidad suministrada por pilas, baterías y acumuladores y la suministrada
por las redes eléctricas ordinarias que nos llegan a casa?
© María Dolores Marín Hortelano / Manuel Ruiz Rojas