• Author / Uploaded
• Lindi Chin

Citation preview

Historia del electromagnetismo y primeros descubrimientos El electromagnetismo, estudia los fenómenos eléctricos y magnéticos que se unen en una sola teoría aportada por Faraday, que se resumen en cuatro ecuaciones vectoriales que relacionan campos eléctricos y magnéticos conocidas como las ecuaciones de Maxwell. A continuación resumiré la historia del electromagnetismo a lo largo de la existencia del hombre. La “Electricidad” viene de la palabra griega elektron cuyo significado es "ámbar". Esto es así, porque el fenómeno de la fuerza electrostática, fue descubierto por primera vez por los griegos, al frotar un trozo de ámbar y ver que este atraía fragmentos de paja seca. Las primeras observaciones de fenómenos magnéticos son muy antiguas. Se cree que fueron realizadas por los griegos en la ciudad de Asia menor, se encontró que en esta región existían piedras que eran capaces de atraer trozos de hierro. En la actualidad se saben que dichas piedras están constituidas por un oxido de hierro (magnetita) se denomina imanes naturales. Él término magnetismo se uso para designar el conjunto de las propiedades de estos cuerpos, en virtud del nombre de la ciudad donde fueron descubiertos en la Antigua Grecia (Magnesia). Una parte de la historia del electromagnetismo se monta a los chinos que sugieren que el electromagnetismo fue conocido a principios del año 2000 A.C, otra parte de la historia se remonte a los antiguos griegos que observaron los fenómenos eléctricos y magnéticos posiblemente a principios del año 700 A.C. Sin embargo, el primer estudio científico de los fenómenos eléctricos no apareció hasta el 1600 d.C., cuando se publicaron las investigaciones del médico británico, William Gilberto de Inglaterra quién realizo los primeros experimentos sistemáticos acerca de los fenómenos eléctricos y magnéticos describiéndolo en su libro de magnete. Invento el electroscopio para medir los efectos electroestáticos primero en reconocer que la tierra era un gigantesco imán, proporcionando una nueva visión dentro de los principios de la brújula y la aguja o brújula de inclinación. La primera máquina para producir una carga eléctrica fue descrita en 1672 por el físico alemán Otto Von Guericke. Estaba formada por una esfera de azufre movida por una manivela, sobre la que se inducía una carga cuando se apoyaba la mano sobre ella. El científico francés Charles François de Cisternay Du Fay fue el primero en distinguir claramente los dos tipos diferentes de carga eléctrica: positiva y negativa. El condensador más antiguo, la botella de Leyden, fue desarrollado en 1745. Estaba formado por una botella de vidrio recubierta por dos láminas de papel de estaño, una en el interior y otra en el exterior. Si se cargaba una de las láminas con una máquina electrostática, se producía una descarga violenta si se tocaban ambas láminas a la vez. En 1750 Benjamín Franklin científico estadounidense, estableció la ley de la conservación de la carga en experimentos hechos con electricidad, que condujeron a su invención del pararrayos determinando que existían cargas positivas y negativas. Su famoso experimento con una cometa o papalote demostró que la electricidad atmosférica que provoca los fenómenos del relámpago y el trueno es de la misma naturaleza que la carga electrostática de una botella de Leyden. Franklin desarrolló una teoría según la cual la electricidad es un ‘fluido’ único que existe en toda la materia, y sus efectos pueden explicarse por el exceso o la escasez de ese fluido.

La ley de que la fuerza entre cargas eléctricas es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre las cargas fue demostrada experimentalmente por el químico británico Joseph Priestley alrededor de 1766. Coulomb fué uno de los padres de las teorías eléctricas, observó y estudió con determinación el fenómeno de la atracción electrostática formulando así sus respectivas ecuaciones de fuerza y estudió los fenómenos magnéticos, mejorando el uso de la brújula y entendiendo su funcionamiento. Charles Coulomb, utilizando una balanza de torsión por él diseñada, estableció en 1785 la ley que lleva su nombre para cargas eléctricas puntuales en reposo. En definitiva, la ley fundamental descubierta por Coulomb venía a establecer el mismo resultado anterior: la acción a distancia entre dos cargas dependía del inverso del cuadrado de su distancia. De este modo las primeras leyes cuantitativas sobre la electricidad y el magnetismo parecían seguir la idea newtoniana de atracción entre cuerpos celestes: las fuerzas eléctricas y magnéticas entre dos cuerpos separados se ejercen como una acción a distancia, es decir, instantáneamente y sin intermediar materia alguna. El descubrimiento de la electricidad propiamente dicha no tiene lugar hasta el comienzo del siglo XIX. En una carta dirigida al presidente de la Royal Society de Londres, con fecha del 20 de marzo de 1800, Volta daba a conocer el primer generador eléctrico. Las matemáticas necesarias para el Electromagnetismos fueron desarrolladas por Carl Friedrich Gauss alrededor de 1801. Gauss fue un gran astrónomo, matemático y físico, pero su pasión fue siempre la matemática. Estas matemáticas serían tomadas más tarde por Faraday para intentar explicar los fenómenos eléctricos y/o magnéticos, dándole elegancia, y al fin, una ley, la que Faraday llamó, ley de Gauss. Hans Christian Ørsted, fue un físico danés. Su estudio principal fue el campo del electromagnetismo. En 1813 predijo la existencia de los fenómenos electromagnéticos, cuya demostración logró en 1819, junto con André-Marie Ampère (Personaje a cual se homenajea con la unidad de corriente eléctrica, el Amperio). La demostración tuvo lugar al descubrir la desviación de una aguja imantada al ser colocada en dirección perpendicular a un conductor eléctrico, por el que circula una corriente eléctrica, demostrando así la existencia de un campo magnético en torno a todo conductor atravesado por una corriente eléctrica, e iniciándose de ese modo el estudio del electromagnetismo. Este descubrimiento, crucial en el desarrollo de la electricidad, ya que puso en evidencia la relación existente entre la electricidad y el magnetismo. Oersted es la unidad de medida de la reluctancia magnética. Tras el gran descubrimiento por Oersted en 1821, Faraday comenzó a investigar el electromagnetismo. Fue uno de los primeros en construir un motor eléctrico, que el llamaba "Rotación electromagnética". El 17 de octubre de 1831 descubrió que al acercar y al alejar un imán a una bobina se generaba igualmente una corriente inducida. Estos resultados fueron publicados en 1832 en la Philosophical Transactions de la Royal Society con el título de Experimental Researches in Electricity, la primera de una serie monumental de 30 memorias que abarcó casi 25 años (Joshep Henry se adelantó en los EE.UU. pero no llegó a publicar su descubrimiento). Faraday demostró que la condición esencial para que se produzca la inducción magnética de una corriente eléctrica es que el circuito conductor corte el sistema de líneas que representan la fuerza magnética que emana de un imán o de otra corriente. Con esto, los fenómenos de inducción electromagnética parecían escaparse de la interpretación de acción a distancia de los demás fenómenos electromagnéticos.

Sin embargo, la mayor aportación de Faraday a la ciencia son sus publicaciones y sus libros de laboratorio, pues, gracias a la lectura de las primeras se pudo inspirar James Clerk Maxwell (18311879) para realizar su labor sintetizadora y compiladora recogida en cuatro célebres publicaciones. En ellas rechaza la idea newtoniana de acción a distancia al considerar la existencia de un éter elástico que permite la propagación de los campos de fuerza y de las ondas electromagnéticas. Inspirado en los trabajos sobre la propagación del calor de Fourier, en los de óptica ondulatoria de Fresnel y en las ideas de campo y líneas de campo de Faraday (introducidos por él en 1845), Maxwell termina por perfilar definitivamente en su obra cumbre, A Treatise on Electricity and Magnetism (1873), sus conocidas cuatro leyes de Maxwell en derivadas parciales, que sintetizan los conocimientos de electricidad y magnetismo, y lleva a cabo la segunda gran unificación de fenómenos físicos (aparentemente distintos) de la historia de la ciencia: los fenómenos eléctricos y magnéticos tienen el mismo origen y la luz no es más que la propagación de una perturbación electromagnética en el vacío; en resumidas cuentas, las cargas eléctricas generan los fenómenos eléctricos y el movimiento de dichas cargas genera los fenómenos magnéticos. Oliver Heaviside, al conocer el trabajo del electromagnetismo de Maxwell, quedó impresionado, pero le costaba entenderlo, no tenía los conceptos ni la matemática para hacerlo. Se citó con el muchas veces, y tras morir Maxwell, Oliver decidió seguir con sus trabajos, no solo “copiando” el contenido, se dispuso a mejorar en todo. De esta forma, junto con Hertz, redujeron las 13 ecuaciones de Maxwell a las 4 de hoy en día, refinando también los conceptos que estas llevan. Las contribuciones de Maxwell a la ciencia del electromagnetismo fueron especialmente significativas debido a que las leyes formuladas por él son básicas para todas las formas de los fenómenos electromagnéticos. Su trabajo es comparable en importancia al descubrimiento de Newton con sus leyes del movimiento y la teoría de la gravitación. Hertz fue el padre de la radio, pero su invento permaneció como una curiosidad de laboratorio hasta que el italiano Guillermo Marconi adapto el sistema de chispa de hertz para enviar mensajes a través del espacio. En 1901 causo sensación al enviar señales de radio a través del océano atlántico. Más adelante Thomas Alba Edison dio a la electricidad y al magnetismo aplicaciones practicas para la telegrafía, la telefonía, la iluminación y la generación de potencia. Mientras que Edison era partidario de la corriente continua, Nikola Tesla desarrollo la transmisión de potencia alterna e invento el motor de inducción. Varios inventores ayudaron a desarrollar sistemas comerciales. Samuel Morse, inventor de un telégrafo de largo alcance, Thomas A. Edison, inventor de la primera red comercial de distribución de energía eléctrica, George Westinghouse, inventor de la locomotora eléctrica, [ [Alexander Graham Bell]], inventor del teléfono y fundador de un negocio de telefonía con éxito. A principios del siglo XX, Millikan midió la carga del electrón y Lorentz, junto con su pupilo Zeeman, ganaron el Premio Nobel de Física en 1902 por su investigación sobre la influencia del magnetismo en la radiación, originando la radiación electromagnética. Las implicaciones teóricas del electromagnetismo llevaron a Albert Einstein a la publicación de la teoría de la relatividad especial, en 1905. A su vez la reformulación relativista del

electromagnetismo clásico, llevo a la formulación de la electrodinámica clásica. Y más tarde con la consideración de los efectos cuánticos se formuló la electrodinámica cuántica. Los estudios posteriores sobre el magnetismo se centraron cada vez más en la comprensión del origen atómico y molecular de las propiedades magnéticas de la materia.

Avances tecnológicos, teóricos y sus aplicaciones El caso del electromagnetismo es notable, entre otras cosas, por el hecho de que una vez llevados a cabo los descubrimientos científicos tuvieron inmediata aplicación práctica y viceversa, las aplicaciones prácticas fomentaron la investigación científica para resolver diferentes problemas, lo cual a su vez abrió nuevos horizontes científicos. La evolución de las redes de telecomunicación ha dependido del desarrollo de materiales conductores, la explotación del espectro radioeléctrico y el diseño de artefactos para generar y recibir radiaciones. Por ello, las telecomunicaciones son fruto de los cambios de la física desde antes de la primera revolución industrial, aunque su desarrollo se hace presente desde el siglo XIX. Los aportes científicos y tecnológicos de la electrónica, microelectrónica, ciencia de materiales y el espacio, óptica, cibernética, entre otros, ya en el siglo XX incidieron directamente en el perfeccionamiento de las primeras redes y la diversificación de servicios. El descubrimiento que revolucionó la comunicación telegráfica y telefónica fue la aplicación de la radioelectricidad a estos dos tipos de telecomunicación a finales del siglo XIX, mismo que permitió la transmisión telegráfica inalámbrica, facilitó la comunicación entre largas distancias y ahorró la construcción de extensas redes de hierro galvanizado o cobre. Hasta el siglo referido, prevalecía aún la idea newtoniana de la luz como emisión de partículas de un foco emisor; cuando se superó ese paradigma de la física, aparecieron descubrimientos sucesivos que sentaron las bases para la telegrafía y la telefonía sin hilos. Los científicos que contribuyeron a hacer realidad este medio de telecomunicación, quizá nunca pensaron que sus descubrimientos serían la base para el despegue y desarrollo posterior de grandes industrias lucrativas como la telefonía sin hilos, la navegación marítima, la transportación aérea, la comunicación por satélite y la conquista espacial. Al mismo tiempo que la telegrafía se instauraba como medio eficiente de comunicación, surgieron otros medios más avanzados como el teléfono, la radiotelegrafía, la radiotelefonía y la televisión. Aquí enlisto algunas de los avances y aplicaciones tecnológicos mas relevantes 



invención del radar y el papel determinante que desempeñó en la victoria de los ingleses en la llamada Batalla de Inglaterra. Ésta, que tuvo en sus momentos culminantes en el otoño de 1940, fue decisiva en la posterior derrota de la Alemania nazi y pudo lograrse gracias a que los ingleses contaban con el radar, primitivo, pero funcional. Éste fue una aplicación importante de la teoría electromagnética. Para mejorar su funcionamiento y reducir su tamaño fue necesario trabajar con microondas, que se lograron generar por medio del magnetrón hacia 1946 se terminó de construir un dispositivo que llegaría a tener gran influencia en la vida humana: las computadoras electrónicas.

 











el láser, cuyo principio se basó en un mecanismo que Einstein propuso en 1917 para explicar la distribución de radiación encontrada por Planck en 1900 La fotónica, o sea la transmisión de señales, ahora por medio de ondas electromagnéticas y usando fibras ópticas, está ahora al frente del desarrollo, con la posibilidad real de reemplazar a los dispositivos electrónicos. De hecho, se vislumbra que en el siglo venidero los aparatos no sean ya electrónicos sino fotónicos, convirtiéndose en realidad un sueño de excitantes posibilidades, sólo concebido en la ciencia ficción Timbres. Al pulsar el interruptor de un timbre, una corriente eléctrica circula por un electroimán creado por un campo magnético que atrae a un pequeño martillo golpea una campanilla interrumpiendo el circuito, lo que hace que el campo magnético desaparezca y la barra vuelva a su posición. Este proceso se repite rápidamente y se produce el sonido característico del timbre. Motor eléctrico. Un motor eléctrico sirve para transformar electricidad en movimiento. Consta de dos partes básicas: un rotor y un estator. El rotor es la parte móvil y esta formado por varias bobinas. El estator es un imán fijo entre cuyos polos se ubica la bobina. Su funcionamiento se basa en que al pasar la corriente por las bobinas, ubicadas entre los polos del imán, se produce un movimiento de giro que se mantiene constante, mediante un conmutador, generándose una corriente alterna Trenes de levitación magnética. Estos trenes no se mueven en contacto con los rieles, sino que van “flotando” a unos centímetros sobre ellos debido a una fuerza de repulsión electromagnética. Esta fuerza es producida por la corriente eléctrica que circula por unos electroimanes ubicados en la vía de un tren, y es capaz de soportar el peso del tren completo y elevarlo Transformador. Es un dispositivo que permite aumentar o disminuir el voltaje de una corriente alterna. Esta formado por dos bobinas enrolladas en torno a un núcleo o marco de hierro. Por la bobina llamada primario circula la corriente cuyo voltaje se desea transformar, produciendo un campo magnético variable en el núcleo del hierro. Esto induce una corriente alterna en la otra bobina, llamada secundario, desde donde la corriente sale transformada. Si el numero de espiras del primario es menor que el del secundario, el voltaje de la corriente aumenta, mientras que, si es superior, el voltaje disminuye. El término "electricidad inalámbrica" describe una forma de transferencia de energía inalámbrica, es decir, la capacidad de proporcionar energía eléctrica a objetos a distancia sin utilizar cables. El término WiTricity fue acuñado en 2005 por Dave Gerding y posteriormente utilizado para un proyecto dirigido por el Prof. Marin Soljacic en 2007. Esta tecnología puede utilizarse potencialmente en una gran variedad de aplicaciones, incluidos los consumidores, industriales, médicas y militares. Su objetivo es reducir la dependencia de las baterías. Otras aplicaciones de esta tecnología incluyen la transmisión de la información, ya que que no interfieren con las ondas de radio y por lo tanto podría utilizarse como un dispositivo de comunicación barato y eficaz sin necesidad de una licencia o permiso del Gobierno

El descubrimiento del electromagnetismo fue un hecho que cambio la historia de la humanidad ya que gracias a ella como nos pudimos dar cuenta a lo largo de esta investigación, fue crucial para comprender diferentes fenómenos y más tarde se le podría aplicar para desarrollar nuevas tecnologías que están presentes todos los días de nuestra vida.