Electromagnetismo

Electromagnetismo

Los momentos más espectaculares en el desarrollo de la fisica son aquellos en los cuales se producen grandes síntesis, donde se descubre súbitamente que fenómenos que antes habían parecido diferentes no son sino aspectos

diferentes de la misma cosa. La historia de la física es la historia de tales síntesis y la base del éxito de la ciencia física está principalmente en que somos capaces de sintetizar.

Quizás el momento más espectacular en el desarrollo de la física durante el siglo XIX se le presentó a J.C Maxwell un día alrededor de 1860 cuando combinó las leyes de la electricidad y del magnetismo con las leyes del

comportamiento de la luz. Como resultado, las propiedades de la luz fueron desenredadas parcialmente -esa antigua y sutil materia que es tan importante y misteriosa que se creyó necesario arreglar una creacion especial pa-

ra ella al escribir el Génesis-. Maxwell pudo decir, al terminar su descubrimiento: "¡Que haya electricidad y magnetismo y allí está la luz!"

Para este momento culminante hubo una larga preparación en el descubrimiento y el desarrollo gradual de las leyes de la electricidad y del magnetismo. Esta historia la vamos a reservar para un estudio detallado el próximo año.

Sin embargo, la historia es, brevemente, como sigue. Las propiedades de la electricidad y del magnetismo, de las fuerzas eléctricas de atracción y repulsión y de las fuerzas magnéticas descubiertas gradualmente, mostraron que,

aunque estas fuerzas eran bastante complejas, todas disminuian con el cuadro de la distancia. Sabemos, por ejemplo, que la sencilla Ley de Coulomb para cargas estáticas es que el campo de fuerza eléctrica varía inversamente con

el cuadro de la distancia. Como consecuencia para distancias suficientemente grandes hay poca influencia de un sistema de cargas sobre otro. Maxwell notó que las ecuaciones o leyes que se habían descubierto hasta ese momento eran

incompatibles entre sí cuando trató de juntarlas, y para que todo el sistema fuera compatible tuvo que agregar otro término a sus ecuaciones. Con este nuevo término surgió una predicción asombrosa que fue que una parte de los campos

eléctricos y magnéticos disminuiría mucho más lentamente con la distancia que la inversa del cuadrado, a saber, ¡inversamente con la primera potencia de la distancia! Y asi se dio cuenta que las corrientes eléctricas en un lugar pue-

den afectar a otras cargas lejanas y predijo los efectos básicos con los que estamos familiarizados hoy día -transmisión de radio, radar, etc.

Parece un milagro que alguien hablando en Europa pueda, con simples influencias eléctricas, ser oído a miles de kilómetros en Los Angeles. ¿Cómo es posible? Lo es porque los campos no varían con la inversa del cuadro, sino que sólo

inversamente con la primera potencia de la distancia. Finalmente, entonces, se reconoció que incluso la luz consistia en influencias eléctricas y magnéticas, que se extienden sobre grandes distancias, generadas por una oscilación

increíblemente rápida de los electrones en los átomos. Todos estos fenómenos los resumimos mediante la palabra radiación o más específicamente radiación electromagnética, habiendo tambiien uno o dos tipos más de radiación. Casi siempre

radiación significa radiación electromagnética.

Y así está enlazado el universo. Los movimientos átomicos de una estrella distante todavía tienen suficiente influencia a esta gran distancia para poner los electrones de nuestro ojo en movimiento y así sabemos de las estrellas. ¡Si

esta ley no existiera estaríamos literalmente a oscuras con respecto al mundo exterior! Y los oleajes eléctricos en una galaxia distante cinco mil millones de años luz -que es el objeto más lejano que hemos encontrado hasta ahora- puede

influenciar todavía de una manera significativa y detectable las corrientes en el gran "plato" frente a un radiotelescopio. Y es así como vemos las estrellas y las galaxias.

Este notable fenómeno es lo que vamos a discutir en el presente capítulo. Al comienzo de este curso de física delineamos un amplio cuadro del mundo, pero ahora estamos más preparados para entender algunos aspectos de él y así vamos a

volver ahora sobre algunos puntos con mayor detalle. Empezamos describiendo la posición de la física al final del siglo XIX. Todo los que se conocía entonces de las leyes fundamentales se puede resumir como sigue.

Primero, hubo leyes de fuerzas: una fuerza estaba dada por la ley de gravitación que hemos escrito varias veces; la fuerza sobre un objeto de masa m debida a otra masa M está dada por F=GmMer/r2 donde er es un versor dirigido de m a M

y r es la distancia entre ellas.

A continuación, las leyes de la electricidad y del magnetismo, como se conocían al final del siglo XIX son éstas: las fuerzas eléctricas que actúan sobre una carga q pueden ser descritas mediante dos campos, llamados E y B y la velocidad

v de la carga q mediante la ecuación F=(E+v*B).

Para completar esta ley, tenemos que decir cuáles son las fórmulas para E y B en una circunstancia dada: si varias cargas están presentes, E y B son cada una la suma de contribuciones, una por cada carga individual. ¡De manera que si

podemos encontrar el E y el B producido por unna carga sola necesitamos solamente sumar todos los efectos de todas las cargas del universo para obtener el E y el B total! Este es el principio de superposición.

¿Cuál es la fórmula para el campo eléctrico y magnético producido por una carga individual? Resulta que esto es muy complicado y se necesita mucho estudio y muchos refinamientos para apreciarlo. Pero ése no es el punto. Escribimos

ahora la ley sólo para impresionar al lector con la belleza de la naturaleza, por así decirlo, o sea, que es posible resumir todo el conocimiento fundamental en una página con notaciones con las

...