EL MAGNETISMO Definición e Historia El fenómeno del magnetismo se conoce desde hace miles de años. Las manifestaciones conocidas más antiguamente son las que corresponden, primero, a los imanes, que se encuentran naturalmente en la forma de algunos depósitos minerales, como la magnetita. Posteriormente, probablemente los chinos, descubrieron el magnetismo terrestre, produciendo como resultado tecnológico la invención de la brújula, y su posterior aplicación a la navegación marítima. Se llama magnetismo a la propiedad que tienen algunos cuerpos de atraer limaduras de hierro o acero. Se conoce desde la Antigüedad, época en la que Tales de Mileto ya hablaba sobre la existencia de un óxido de hierro, llamado magnetita, que atraía el hierro con mayor o menor intensidad, lo que dependía de la distancia que separase a ambas materias. Al mismo tiempo observó que, después de estar en contacto con la magnetita, el hierro presentaba también características magnéticas, es decir, se había magnetizado. Si se espolvorea una superficie con limaduras de hierro, se coloca sobre ellas una barra imantada y se levanta. De esta forma, se observará que la atracción que experimentan las limaduras es máxima en los extremos y nula en el centro. Los extremos se denominan polos del imán, y la parte central, línea neutra. Por ello para poder aprovechar mejor la fuerza de los polos, se da normalmente forma de herradura a los imanes. El estudio sistemático de los fenómenos magnéticos comenzó hace algunos siglos, y encontrándose a Gauss entre los investigadores que realizaron contribuciones de importancia. Se creía que el interior de la Tierra estaba imantada de la misma forma y los científicos se sintieron muy perplejos cuando vieron que la dirección de la aguja del compás magnético se desviaba ligeramente en todos los lugares, década tras década, sugiriendo que existía una pequeña variación del campo magnético terrestre. ¿Cómo puede un imán producir estos cambios? Edmond Halley (Fig. 4) propuso ingeniosamente que la Tierra contenía un cierto número de capas esféricas, una dentro de la otra, cada una imantada de forma diferente y que giraban lentamente entre sí. En el año 1820, el físico danés Hans Christian Oersted (ver Fig.1) preparó en su casa una demostración científica para sus estudiantes y amigos. Planeaba demostrar el calentamiento de un hilo mediante una corriente eléctrica y también llevar a cabo demostraciones sobre el magnetismo, para lo que dispuso de una aguja montada en una peana de madera: Mientras llevaba a cabo su demostración eléctrica (Fig. 2), Oersted observó para su sorpresa que cada vez que se conectaba la corriente eléctrica, la aguja se movía. Silenció esto y finalizó sus demostraciones, pero en los meses siguientes trabajó duro intentando buscarle un sentido al nuevo fenómeno. Pero no pudo. La aguja era atraída hacia el hilo o repelida por él. Más bien tendía a permanecer formando ángulos rectos (Fig. 3). Al final publicó sus hallazgos (en latín) sin ninguna explicación: de esta manera descubrió que los imanes no son las únicas causas de creación de campos magnéticos, pues como vimos él experimentalmente observó que una corriente que circula por un hilo conductor hace que una aguja imantada próxima sufra una desviación. Con esto, se ve que una corriente eléctrica también crea un campo magnético. Oersted ligaba, así, los fenómenos eléctricos y magnéticos, lo que constituyó una nueva disciplina: el electromagnetismo. En 1820 El descubrimiento de este científico indica que una corriente eléctrica se comporta como un imán, y si en los imanes dos polos se repelen si son del mismo signo y se atraen si son de signo contrario, dos conductores paralelos por los que circula corriente sufren una repulsión si dichas corrientes son de igual sentido y una atracción si son de sentido contrario. Andre-Marie Ampere, en Francia, advirtió que si una corriente en un hilo ejercía una fuerza magnética sobre la aguja, dos hilos semejantes también deberían interactuar magnéticamente. Mediante una serie de ingeniosos experimentos mostró que esta interacción era simple y fundamental --las corrientes paralelas (rectas) se atraen, las corrientes antiparalelas se repelen. La fuerza entre dos largas corrientes rectas y paralelas era inversamente proporcional a la distancia entre ellas y proporcional a la intensidad de la corriente que pasaba por cada una. Así que existen dos tipos de fuerzas asociadas con la electricidad --la eléctrica y la magnética. En 1864 James Clerk Maxwell (Fig.5) demostró una sutil relación entre los dos tipos de fuerza, implicando inesperadamente a la velocidad de la implicando inesperadamente a la velocidad de la luz. De esta relación surgieron: la idea de que la luz era un fenómeno eléctrico, el descubrimiento de las ondas de radio, la teoría de la relatividad y una gran consecución de la física actual. Joseph Henry (1797-1878) físico estadounidense y Michael Faraday (17911867) científico británico, realizando sus trabajos por separado, descubrieron que siempre que varía el flujo magnético que atraviesa un circuito cerrado aparece en éste una corriente eléctrica inducida. Teoría Electromagnética A finales del siglo XVIII y principios del XIX se investigaron simultáneamente las teorías de la electricidad y el magnetismo.. En 1831, después de que Hans Oersted comenzará a describir una relación entre la electricidad y el magnetismo, y el francés André Marie Ampére seguido por el físico francés Dominique François profundizarán en dicho campo, el científico británico Michael Faraday descubrió que el movimiento de un imán en las proximidades de un cable induce en éste una corriente eléctrica; este efecto era inverso al hallado por Oersted. La unificación plena de las teorías de la electricidad y el magnetismo se debió al físico británico James Clerk Maxwell, que predijo la existencia de ondas electromagnéticas e identificó la luz como un fenómeno electromagnético. Después de que el físico francés Pierre Ernst Weiss postulará la existencia de un campo magnético interno, molecular, en los materiales como el hierro, las propiedades magnéticas se estudiaron de forma cada vez más detallada, lo que permitió que más tarde otros científicos predijeran muchas estructuras atómicas del momento magnético más complejas, con diferentes propiedades magnéticas. El campo magnético Una barra imantada o un cable que transporta corriente pueden influir en otros materiales magnéticos sin tocarlos físicamente porque los objetos magnéticos producen un ‘campo magnético’. Los campos magnéticos (Fig. 5) suelen representarse mediante ‘líneas de campo magnético’ o ‘líneas de fuerza’. En cualquier punto, la dirección del campo magnético es igual a la dirección de las líneas de fuerza, y la intensidad del campo es inversamente proporcional al espacio entre las líneas. En el caso de una barra imantada, las líneas de fuerza salen de un extremo y se curvan para llegar al otro extremo; estas líneas pueden considerarse como bucles cerrados, con una parte del bucle dentro del imán y otra fuera. En los extremos del imán, donde las líneas de fuerza están más próximas, el campo magnético es más intenso; en los lados del imán, donde las líneas de fuerza están más separadas, el campo magnético es más débil. Según su forma y su fuerza magnética, los distintos tipos de imán producen diferentes esquemas de líneas de fuerza. La estructura de las líneas de fuerza creadas por un imán o por cualquier objeto que genere un campo magnético puede visualizarse utilizando una brújula o limaduras de hierro. Los imanes tienden a orientarse siguiendo las líneas de campo magnético. Por tanto, una brújula, que es un pequeño imán que puede rotar libremente, se orientará en la dirección de las líneas. Marcando la dirección que señala la brújula al colocarla en diferentes puntos alrededor de la fuente del campo magnético, puede deducirse el esquema de líneas de fuerza. Igualmente, si se agitan limaduras de hierro sobre una hoja de papel o un plástico por encima de un objeto que crea un campo magnético, las limaduras se orientan siguiendo las líneas de fuerza y permiten así visualizar su estructura. Los campos magnéticos influyen sobre los materiales magnéticos y sobre las partículas cargadas en movimiento. En términos generales, cuando una partícula cargada se desplaza a través de un campo magnético, experimenta una fuerza que forma ángulos rectos con la velocidad de la partícula y con la dirección del campo. Como la fuerza siempre es perpendicular a la velocidad, las partículas se mueven en trayectorias curvas. Los campos magnéticos se emplean para controlar las trayectorias de partículas cargadas en dispositivos como los aceleradores de partículas o los espectrógrafos de masas. James Clerk Maxwell James Clerk Maxwell nació en Edimburgo (Escocia) en 1831 en el seno de una familia bastante acomodada. Perdió a su madre muy pronto así que bajo la tutela de una de sus tías y su padre estudió en la Academia de Edimburgo. Desde muy pronto era un chico muy activo e imaginativo, construía y dibujaba maquetas y diagramas de todo tipo, lo que le valió varios premios. Con sólo catorce años, una edad muy prematura, escribió varios artículos explicando los óvalos, que desde su punto de vista era un lugar geométrico de los puntos de un plano, llegando a la conclusión de la definición de elipse. Ingresó en la universidad de la misma ciudad, Edimburgo, cuando sólo contaba con dieciséis años, y cuando tenía diecinueve se fue a Cambridge. Allí ya empezó a destacar por encima de sus compañeros por su asombrosa capacidad para solucionar las ecuaciones y problemas relacionados con la física. Una vez que se graduó en la universidad, cuatro años después tuvo que renunciar a una importante plaza en el Trinity College de Cambridge por motivos personales, su padre había enfermado y no dudó en volver a Escocia para estar con él. Cuando falleció en 1856 comenzó a impartir clases de filosofía natural en el Marischal College de la ciudad de Aberdeen. Allí estuvo unos cuatro años y después consiguió una plaza en el King’s College de Londres, también como profesor de filosofía natural, donde desde el inicio se encontró muy a gusto y disfrutó de su profesión como nunca lo había hecho. Así en 1961 entró en la Royal Society. En esta etapa de su vida empezó a cosechar éxitos importantes, fue nombrado como director del denominado Cavendish Laboratory, comenzó a escribir artículos sobre su materia, en especial relacionados con el electromagnetismo y la termodinámica, es decir, poco a poco se fue haciendo un hueco y un nombre en el mundo de la física. Ya en 1957 tenía la teoría de que los anillos de Saturno debían estar compuestos por partículas muy pequeñas, y que además éstos no podían ser en ningún caso ni sólidos ni líquidos, ya que en ese caso se romperían de forma automática. Con su estudio ganó el premio Adams. Muy poco después se dedicó a estudiar el comportamiento que tenían las moléculas en los gases, y demostró que el movimiento de ellas producían el efecto de calor. Todo esto le llevó a interesarse también por la luz, y comentaba que debía estar compuesta por unos campos de vibraciones eléctricas y magnéticas, que se desplazarían a la propia velocidad de la luz. En 1865 por fin publicó estos grandes descubrimientos y dejó caer la tesis posterior de las radiaciones electromagnéticas. Estas ideas le llevaron a descubrir en el año 1886 las ondas de radio. Maxwell pensaba que estas andas electromagnéticas eran conducidas por mediación del éter, una teoría que fue después refutada por el experimento de Michelson-Morley. Sus ideas fueron fundamentales para la creación de ondas electromagnéticas en los laboratorios, lo que demostró otro de los grandes físicos de la historia, Heinrich Hertz en el año 1887, cuando ya Maxwell había fallecido, pero que ya ponía las bases de las comunicaciones a larga distancia. En 1873 en su libro Treatise on Electricity and Magnetism dejó bastante claro que su tarea esencial era justificar de una manera matemática aquellos conceptos físicos que hasta ese instante solamente habían sido descritos de manera cualitativa, como ocurre en las leyes llamadas de la inducción electromagnética donde tienen cabida los campos de fuerza que fueron emitidas por Michael Faraday. El hecho de introducir la idea de onda electromagnética le permitió a Maxwell realizar un estudio completo de la relación entre electricidad y magnetismo, en sus ya famosas "ecuaciones de Maxwell", que tienen como punto fundamental los campos de fuerza. En concreto estableció de manera matemática las especulaciones de Faraday acerca de la electricidad y las líneas de fuerza que son magnéticas. Eran cuatro ecuaciones, con las que pudo explicar el comportamiento exacto de los campos eléctricos y magnéticos y las interrelaciones que pudieran existir entre sí. Así por tanto dejó sobradamente demostrado que conceptos como la electricidad y el magnetismo no podían aparecer de manera aislada, la ya denominada teoría del electromagnetismo. Con la llamada función de distribución de Maxwell-Boltzmann estudió las posibilidades que existían de encontrar una partícula a la velocidad que fuese en un gas que estuviese diluido y que no tuviera campos de fuerza del exterior. Maxwell de alguna manera demostró las tesis de Avogadro y de Ampère y estableció la posible relación entre la viscosidad que puede tener un gas con su temperatura. Así anunció la ley llamada de equipartición de la energía. Se preocupó también por el color, estableciendo diferentes teorías sobre la percepción de cada uno de los colores, lo que sería después llamado fotografía tricolor. Su huella ha sido muy importante en la historia ya que tuvo su influencia en las mismísimas teorías de la relatividad de Einstein y en la posterior mecánica cuántica que tuvo su época más gloriosa en el siglo XX. Maxwell se casó en el año 1858 con una chica llamada Katherine Mary Dewar, que a su vez era una de las hijas del director del Marischal College donde Maxwell estudió. Maxwell falleció de cáncer en Cambridge, en Inglaterra, el cinco de noviembre del año 1879, poco antes de los cincuenta, con la mala suerte de hacerlo ocho años antes de la confirmación total de su teoría del espectro de ondas electromagnéticas por parte de Hertz. Con todo es uno de los físicos más importantes del siglo XIX, fue especialmente un magnífico teórico de la ciencia, y tenía la peculiaridad y la capacidad de demostrar mejor sus tesis a través de la matemática que con los propios experimentos. Michael Faraday El hombre que logró electricidad con un imán ¿Cómo se puede producir electricidad a partir de dos imanes? Ésta fue la pregunta que bombardeó la cabeza del físico inglés Michael Faraday en el siglo XIX. Sus investigaciones y experimentos le llevaron a convertirse en el primer científico experimental que descubrió la relación que existe entre la electricidad y el magnetismo. Este genio aportó dos nuevos conceptos a la física moderna: inducción y electrólisis ¿Se puede producir electricidad a partir de un imán? Sí. Michael Faraday (Newington, 1791-1867) fue el hombre que descubrió que un imán es susceptible de generar corriente eléctrica. Para demostrar esta teoría, el físico británico –el tercero de cuatro hijos criados en la pobreza, pero educados en las normas de una secta protestante fundamentalista: el amor y la comunidad– enrolló sobre un anillo de hierro dulce dos bobinas cilíndricas separadas, pero conectadas entre sí. Faraday puso en contacto la primera bobina con una batería y la segunda con un galvanómetro (ver definición en Influencias). En el momento de cerrar y abrir la corriente en la primera de las bobinas, la desviación de la aguja del galvanómetro indicó la presencia de una corriente inducida en la segunda bobina ¡Generó electricidad! Con este experimento, en 1831, Faraday aportó un nuevo concepto a la física moderna: inducción electromagnética. Este hallazgo le condujo a la creación de la dinamo –máquina que transforma la energía mecánica en energía eléctrica– y le empujó para conseguir formular las leyes generales que regían el comportamiento electromagnético de la materia. Otro de los conceptos que Michael Faraday introdujo en la Historia de la Física fue el de electrólisis. Con esta palabra demostró que es posible la descomposición química de determinadas sustancias fundidas, mediante el paso de una corriente eléctrica. En desacuerdo con las opiniones de sus contemporáneos, Faraday propuso imaginar la electricidad como un intercambio de cualidades energéticas. Para demostrar su teoría, el físico describió el fenómeno de la descomposición de ciertas sales en sus componentes elementales al ser atravesadas por corrientes eléctricas. Gracias a estos hallazgos, Faraday formuló las leyes fundamentales de la electrólisis. Además de sus aportaciones a la física, los primeros años del británico se centraron en la química. En 1820, Faraday ya había conseguido una buena reputación como químico analítico, hasta el punto de que algunos organismos oficiales solicitaban su opinión sobre ciertos temas. En el terreno de la química, un estudio sobre el cloro le llevó al descubrimiento de dos nuevos cloruros de carbono. También descubrió el benceno e investigó nuevas variedades de vidrio óptico. No obstante, su mayor éxito en este campo fueron los experimentos sobre la licuefacción de los gases (transformación de un gas en líquido). Influencias HANS CHRISTIAN OERSTED. Es el físico danés (1777-1851) que observó la existencia de los campos magnéticos por primera vez, en 1820, y demostró la relación que existe entre la electricidad y el magnetismo. Sus investigaciones fueron decisivas para la física moderna ya que, gracias a sus hallazgos, saltó a la Historia el concepto de electromagnetismo. El oersted se ha convertido en una unidad que mide la intensidad magnética de los campos. ANDRÉ MARIE AMPÈRE. Es el físico francés (1775-1836) que formuló la teoría del electromagnetismo, concibió el galvanómetro –instrumento que sirve para medir la intensidad de las corrientes eléctricas a través de una aguja imantada– y sentó las bases de la teoría electrónica de la materia. Este científico inventó el telégrafo eléctrico y el electroimán. JEAN-BAPTISTE BIOT. Es un astrónomo y físico francés (1774-1862) que estudió diversas cuestiones de astronomía y geofísica, pero, sobre todo, dedicó parte de su vida a indagar acerca del electromagnetismo. Gracias a un viejo amigo de Faraday, éste mostró interés por la lectura de Biot y sus trabajos electromagnéticos. JAMES TYTLER. Fue el autor del artículo titulado Electricity, publicado en la Enciclopedia Británica, que despertó en Faraday la pasión por la ciencia. Para Tytler, los efectos eléctricos podían explicarse suponiendo la existencia de un fluido cuyas vibraciones evidencian los fenómenos. El maestro Davy y el ahijado Maxwell salen a la palestra La herencia de Michael Faraday está escrita. Las pruebas son contundentes: el matemático James Clerk Maxwell y lord William Thomson, sin olvidar a su maestro, el químico Humphry Davy Sir. Los investigadores de Faraday han calificado a Maxwell como el ahijado del científico británico. Cuando tuvo 24 años, James comenzó a estudiar el magnetismo y la electricidad a partir de los descubrimientos de su padrino, y formuló una teoría dinámica del campo electromagnético. Maxwell reconoció que el concepto de electromagnetismo barajado por Faraday no contemplaba la velocidad de la luz que incidía en la inducción eléctrica, hecho que sí tuvo en cuenta el matemático. Humphry Davy fue el descubridor del sodio, del potasio, del bario y del calcio, entre otros elementos. El azar le hizo topar con Faraday, que se convirtió en su maestro. Davy le ofreció una plaza como ayudante en su laboratorio, donde después se quedó como sucesor del químico. Con Davy conoció las ideas científicas de la época. El ‘primer’ motor eléctrico. El motor de rotación electromagnética de Faraday se define a partir de la rotación de imanes alrededor de un cuerpo conductor de electricidad y de todo lo contrario, la rotación de conductores en torno a un imán. La contribución de Faraday Faraday nació en una familia pobre y religiosa. En la Iglesia aprendió una profunda reverencia hacia el Creador de todas las cosas. Estas convicciones religiosas influyeron profundamente en su trabajo, ya que Dios era una fuerza de importancia fundamental en su vida personal y en su trabajo investigador. Su aprendizaje en las escuelas fue mínimo, y tuvo que trabajar en el oficio de encuadernador de libros. Escuchaba las conferencias de Davy en la Royal Institution, y en 1813 le invitó a trabajar en dicha institución como ayudante de laboratorio. Durante una década trabajó a su lado y recibió una completa educación en Química, leyendo cuidadosamente los trabajos más recientes, y consiguió una gran habilidad y destreza en la manipulación de los materiales y de los instrumentos de laboratorio que tendrían una importancia decisiva en sus investigaciones a lo largo de su vida científica. Hacia 1820 se independizó, y comenzó su larga y fecunda carrera científica. La contribución de Faraday fue desde entonces inmensa, hizo del orden de 30.000 experimentos, que describía cuidadosamente en sus diarios, y anotaciones. El experimento precursor del motor eléctrico Faraday estudió el descubrimiento de Oersted a la luz de la metafísica newtoniana, y repitió todos sus experimentos. Como resultado de ello, hizo su primer descubrimiento en electromagnetismo, el principio del motor eléctrico. Las denominadas "rotaciones electromagnéticas" de Faraday se difundieron rápidamente por toda Europa. Al originarse una fuerza tangencial a la espira, y no radial, como debería ser en un esquema tradicional de acción a distancia con fuerzas centrales, quedaba patente la imposibilidad de tratar los fenómenos electromagnéticos desde el punto de vista newtoniano. Fue, por tanto, el primero en sugerir que la acción a distancia resultaba inadecuada para dar cuenta de la relación entre las fuerzas eléctricas y las magnéticas, a pesar de los trabajos contemporáneos de Ampère con los que se intentaba explicar estas interacciones con hipótesis basadas en el punto de vista newtoniano, y mediante una ingeniosa teoría matemática de la atracción entre corrientes, que daba cuenta de los resultados experimentales hasta entonces conocidos. Además, dicha teoría era incapaz de proporcionar una imagen unitaria de los fenómenos eléctricos, ya que se obtenía una ley para el caso estático (ley de Coulomb de interacción entre cargas), y otra diferente para la corriente eléctrica: mientras las cargas del mismo signo se repelían, las corrientes paralelas y del mismo sentido se atraían. En la incipiente teoría del campo electromagnético sugerida por Faraday, desaparecía la distinción esencial entre fuerza y materia, introduciendo la hipótesis de que las fuerzas constituyen la única sustancia física. Las características de las fuerzas eran: 1. Cada punto de fuerza actúa directamente sólo sobre los puntos vecinos. 2. La propagación de cualquier cambio de la intensidad de la fuerza requiere un tiempo finito. 3. Todas las fuerzas son básicamente de la misma clase; no hay en el fondo fuerzas eléctricas, magnéticas ni gravitatorias, sino sólo variaciones (probablemente geométricas) de un sólo tipo de fuerza subyacente. Lo importante al considerar la influencia de la metafísica de Faraday en sus investigaciones, es su suposición de que la teoría de campos ofrece una explicación última a todos los fenómenos. Los cuerpos sólidos, los campos eléctricos y la masa de los objetos son, de alguna forma, sólo apariencias. La realidad subyacente es el campo, y el problema de Faraday era encontrar un lazo de unión entre las apariencias y la supuesta realidad subyacente. La inducción electromagnética El descubrimiento de las corrientes inducidas no tiene nada de casual o improvisado, como bien lo muestran los intentos infructuosos de Faraday registrados en su diario de los años 1824-1828. Su búsqueda se basaba en dos presupuestos empíricos y otro filosófico: 1. La reciprocidad electromagnética. Si una corriente eléctrica produce fuerzas magnéticas, las fuerzas magnéticas han de producir una corriente eléctrica. 2. Paralelismo electrostático-dinámico. Si una carga eléctrica induce en un conductor próximo una carga opuesta, una corriente eléctrica ha de inducir en un conductor paralelo otra corriente del mismo sentido. 3. Metafísico. Sobre la unidad radical y metamorfosis de las fuerzas de la naturaleza. Faraday logró detectar por primera vez corrientes inducidas el 29 de agosto de 1831. Solamente en los momentos de establecer e interrumpir el contacto del circuito primario con la batería eran apreciables breves corrientes en el secundario. El aparato empleado era un anillo de hierro con sus bobinados primario y secundario. También estudió las corrientes inducidas producidas por movimiento de imanes mediante un cilindro de cartón alrededor del cual arrolló 220 pies de hilo de cobre convenientemente aislado conectando sus extremos a un galvanómetro sensible. Cuando empujaba un imán cilíndrico a lo largo del hueco de la bobina la aguja del galvanómetro se movía, cuando se retiraba el imán la aguja se movía en sentido contrario. Al descubrir el fenómeno de la inducción, Faraday había conseguido transformar el magnetismo en electricidad, el experimento inverso al de Oersted. Para explicar estos fenómenos introduce el "estado electrotónico" como un estado peculiar de tensión, que posteriormente abandona, y que vuelve a surgir en la teoría de Maxwell como potencial vector. Demostró que el simple movimiento dentro de un área de fuerza magnética constante podía ser causa de la inducción. Señaló, que la condición básica para la inducción residía en que el cable cortara las líneas de fuerza. Si una sección del cable se mueve a lo largo de una línea de fuerza, no hay fenómeno inductivo, pero si el cable corta las líneas de fuerza, y diferentes partes del circuito intersecan distinto número de líneas de fuerza entonces se observa paso de corriente. Las líneas de fuerza Las líneas de fuerza se usaban en la época de Faraday, hacia 1820, para visualizar propiedades físicas. La contribución de Faraday fue la de usar las líneas para estudiar fenómenos muy poco comprendidos como la inducción electromagnética, las descargas electrostáticas e incluso, los fenómenos electroquímicos. Faraday tenía argumentos a favor del carácter físico de las líneas de fuerza. La curvatura de las líneas de fuerza magnéticas que se ponen de manifiesto en las limaduras de hierro sobre un papel encima del imán es un argumento de peso, pero no concluyente para demostrar la existencia de las líneas de fuerza magnética. Sin embargo, exactamente las mismas líneas de fuerza se obtienen mediante experimentos independientes; por ejemplo, cabe determinar a lo largo de que líneas se puede mover un cable sin que se produzca ninguna corriente inducida. La concordancia de los dos métodos demuestra que las líneas de fuerza son curvas y tienen existencia física. Emprendió una serie de experimentos que sirvieron para contrastar los aspectos de su teoría que más la distinguían de la concepción newtoniana: en concreto, averiguar si la propagación del campo requiere un cierto tiempo. Faraday nunca logró descubrir que las fuerzas eléctricas o magnéticas se propagan con velocidad finita a lo largo de las líneas de fuerza. Demostró en algunos casos cómo la teoría de campos podía utilizarse para explicar los fenómenos eléctricos y en otros, señaló posibles explicaciones. También había sugerido, indicado y tratado de captar un nuevo modelo de la naturaleza como un campo de fuerzas. Otros descubrimientos Otros dos descubrimientos importantes de Faraday fueron el efecto magneto-óptico (denominado después efecto Faraday) y el diamagnetismo, que hizo hacia 1845. El primer efecto tuvo gran influencia en Maxwell en el desarrollo de la teoría electromagnética de la luz. Descubrió el efecto magneto-óptico gracias a una pieza de vidrio boro silicato de plomo que colocó encima de los polos de un electroimán. Cuando pasaba la luz polarizada a través del cristal y establecía el campo magnético, observó que el plano de polarización de la luz cambiaba. Había tratado este experimento con otros materiales: aire, cristal, vidrio ordinario, etc., pero ninguno producía este efecto. En el campo de la electrólisis, Faraday enunció una ley que establecía que la disociación química es rigurosamente proporcional a la cantidad de electricidad que pasa por la disolución. Pensaba, que esta ley podía servir de guía tanto para explicar la combinación química como la corriente eléctrica, pero una vez más no aportó ninguna teoría detallada del mecanismo implicado en la interacción del enlace químico con la electricidad. La unificación de las fuerzas de la naturaleza Faraday, junto a Oersted y Ampère estableció la relación entre electricidad y magnetismo. Del mismo modo estableció la relación entre electricidad y la Química en sus leyes de la electroquímica. Faraday pensaba en 1834 que estas fuerzas estaban muy relacionadas y que eran de la misma naturaleza. Consideraba que todas las fuerzas (eléctricas, magnéticas, químicas, gravitatorias, etc.) podrían ser diferentes distribuciones espaciales de la fuerza fundamental. Según esta teoría, las fuerzas pueden convertirse directamente unas en otras, porque en esencia son idénticas. Por ejemplo, consideraba el descubrimiento de Oersted como la transformación de fuerza eléctrica en magnética, y se preguntó si no sería posible transformar el magnetismo en electricidad. Más tarde, se dedicó incluso a buscar pruebas de la transformación del magnetismo en luz y de la electricidad en gravedad. En segundo lugar, Faraday estableció que las fuerzas ni se crean ni se destruyen. Muchos contemporáneos de Faraday compartían esta idea de la "conservación de la fuerza"; Helmhotz la desarrolló en la teoría de la conservación de la energía. Pero en el sistema de Faraday adquiere un significado especial, que difiere de la conservación de la energía, aunque no explicó cómo la conservación de las fuerzas encaja en su teoría general de los campos. Basado en la hipótesis de que todas las fuerzas estaban interrelacionadas, y que la cantidad total de fuerza se conservaba, investigó sin éxito, la relación entre electricidad y gravitación, a pesar de que era consciente de las grandes diferencias que había entre estas dos clases de fuerzas: La electricidad sólo funciona a través de partículas contiguas propagándose en un tiempo finito, mientras que la fuerza gravitatoria opera a distancia de forma instantánea. La fuerza gravitatoria actúa a lo largo de la recta que une los cuerpos interactuantes y no se modifica por el carácter físico del espacio, mientras que la las líneas de fuerza eléctricas y magnéticas son curvas y cambian por las propiedades del medio a través del que pasan. En electricidad hay dos tipos de fuerzas atractivas y repulsivas, mientras que la fuerza gravitatoria es siempre atractiva. En 1849, emprendió los primeros experimentos dejando caer una bobina para ver si se inducía una corriente durante su caída. No obtuvo resultados positivos, a pesar del perfeccionamiento de sus experimentos: introduciendo diversos materiales como núcleo de la bobina, incrementando la altura de la caída, manteniendo la verticalidad de su eje, etc. En sus experimentos midió corriente inducida pero no producida por la gravedad sino por el débil campo magnético terrestre. El fracaso de sus experimentos lo atribuyó a la pequeña variación en la intensidad de la fuerza gravitatoria entre los puntos de partida y de destino de la bobina que dejaba caer desde una torre Prosiguió otros experimentos que trataban de relacionar las fuerzas de atracción gravitatoria y el calor. Siempre dentro de su convicción de que la gravitación debería estar relacionada con otras fuerzas, y que las interconversiones entre los distintos tipos de fuerzas jugarían un papel esencial en los fenómenos celestes y terrestres: planetas, cometas, volcanes, terremotos, etc. Hertz, Heinrich Rudolf Científico alemán, primero en transmitir ondas de radio (Hamburgo, 1857 Bonn, 1894). Tras hacerse ingeniero en 1878, abandonó dicha profesión para dedicarse a la investigación en Física, materia en la que se doctoró por la Universidad de Berlín en 1880. Fue profesor de las universidades de Kiel (1883), Karlsruhe (1885) y Bonn (1889). Confirmó experimentalmente las teorías del físico inglés James C. Maxwell sobre la identidad de características entre las ondas luminosas y electromagnéticas, consagrándose a la tarea de emitir estas últimas («Experimento de Hertz», 1887). Para ello construyó un oscilador (antena emisora) y un resonador (antena receptora), con los cuales transmitió ondas electromagnéticas, poniendo en marcha la telegrafía sin hilos. Desde entonces se conocen como ondas hertzianas a las ondas electromagnéticas producidas por la oscilación de la electricidad en un conductor, que se emplean en la radio; también deriva de su nombre el hertzio, unidad de frecuencia que equivale a un ciclo por segundo y se representa por la abreviatura Hz (y sus múltiplos: kilohertzio, megahertzio y gigahertzio). Después siguió investigando en otros temas científicos, hasta elaborar unos Principios de mecánica (que aparecieron después de su muerte, en 1894) en los que desarrollaba toda la mecánica a partir del principio de mínima acción, prescindiendo del concepto de fuerza. Heinrich Hertz en Alemania calculó que una corriente eléctrica oscilando rápidamente de un lado a otro en una hilo conductor, podía irradiar ondas electromagnéticas al espacio circundante (hoy llamaríamos a esto una "antena") (Fig. 6). Con ese hilo creó (en 1886) y detectó esas oscilaciones en su laboratorio, usando una chispa eléctrica, en la que la corriente oscilaba rápidamente (así es como los relámpagos generan esos ruidos crepitantes característicos en la radio). Hoy llamamos a esas ondas "ondas de radio". Sin embargo anteriormente fueron "ondas hercianas" y aún hoy honramos la memoria de su descubridor midiendo las frecuencias en hercios (Hz), oscilaciones por segundo, y las frecuencias de radio en megahercios (MHz). Empleando las teorías y el aparato de Hertz, y los descubrimientos de Edourd Branley de Francia, un inventor italiano (también era ingeniero eléctrico) llamado Guglielmo Marconi, produjo el primer sistema práctico de teléfono inalámbrico en 1895. Antes de esto, todos los mensajes telegráficos tenían que transmitirse por medio de cables que limitaban en gran medida el uso de esta forma de comunicación. Su hallazgo fue un elemento importantísimo en el desarrollo de la radio que por años más tardes fue conocido como "inalámbrico". Nació en Hamburgo, Alemania. Estudió física con la dirección de Helmholtz y Kirchhoff en la Universidad de Berlín. En 1885, Hertz aceptó la posición de Profesor de Física en Karlsruhe; ahí fue donde descubrió las ondas de radio en 1888, su trabajo más importante. En 1889 Hertz sustituyó a Rudolf Clausius como Profesor de Física en la Universidad de Bonn, donde sus estudios sobre la penetración de los rayos catódicos en láminas delgadas de metal lo llevaron a la conclusión de que los rayos catódicos eran ondas y no partículas. El descubrimiento de las ondas de radio, la demostración de cómo se generan y la determinación de su velocidad son algunas de las muchas contribuciones de Hertz. Después de encontrar que la velocidad de las ondas de radio era la misma que la de la luz, Hertz demostró que las ondas de radio, al igual que las de la luz, podían reflejarse, refractarse y difractarse. Hertz murió de envenenamiento de la sangre a la edad de 36 años. Durante su corta vida, hizo muchas contribuciones a la ciencia. El hercio (hertz) que es igual a una oscilación completa o ciclo por segundo, recibió este nombre en su honor. GLOSARIO 1. Campo Magnético. Tiene la dirección de la brújula. Produce una fuerza perpendicular al campo y a la velocidad, proporcional al área del romboide, cuyos lados son el campo y la velocidad. 2. Electromagnetismo: fuerza que atrae partículas de carga opuesta y repele partículas de carga similar. El electromagnetismo afecta a todas las partículas cargadas pero no a las partículas neutras como los neutrinos. 3. Espectrógrafo: instrumento que divide luz u otra radiación electromagnética en sus longitudes de onda individuales, o espectro, y registra el resultado fotográficamente. 4. Espectro electromagnético: el conjunto, ordenado por frecuencias o longitudes de onda, de la radiación electromagnética, desde ondas de radio de baja frecuencia y longitudes de onda larga, pasando por el infrarrojo, la luz visible y el ultravioleta, hasta los rayos gamma de alta frecuencia y longitud de onda corta. 5. Espejo Magnético: Concentración de líneas magnéticas concurrentes. Tiene la propiedad de repeler a las cargas eléctricas. 6. Galvanómetro: instrumento que sirve para medir la intensidad de las corrientes eléctricas a través de una aguja imantada. 7. Inducción: Efecto electromagnético producido en la vecindad de un cambio del campo electromagnético. 8. Magnetismo: Propiedad de atraer que tiene la piedra imán. 9. Magnetómetro: Aparato útil para medir el campo magnético. El primer magnetómetro medidor de la intensidad del campo fue construido por el matemático Gauss. 10. Onda: propagación de un esquema de alteraciones. 11. Onda electromagnética: explicada por Maxwell en sus ecuaciones, se refiere a la danza periódica de campos eléctricos y magnéticos en cada punto del espacio, se encuentre éste ocupado o vacío. Son campos que ya se desprendieron de la carga oscilante que los originó y se mueven en el espacio como si fueran un rayo de luz. La descripción anterior, llamada onda electromagnética, ¡no es nada más y nada menos que la luz misma! 12. Rayos Catódicos: Electrones producidos entre las terminales metálicas de tubos evacuados de gases.