Cuantas Teorias Del Magnetismo Hay?

De la física del Siglo XIX al Siglo XX: Una visión de conjunto

En el transcurso de la historia, el hombre ha tenido siempre una gran curiosidad acerca de la manera como funciona la naturaleza y, al principio, sus únicas fuentes de información eran los sentidos y por ello clasificó, de manera intuitiva si se quiere, los fenómenos observados de acuerdo con la manera como los percibía. Esto era, en cierto sentido, una especie de clasificación natural de la física. La física se desarrolló como un conjunto de ciencias autónomas, con poca o ninguna relación entre ellas, por lo menos aparentemente. De este modo, se desarrolló la óptica como ciencia asociada a la luz; la acústica con el sonido; la termodinámica (o estudio del calor) con el calor, como sensación física; la mecánica como ciencia del movimiento. Puesto que el movimiento de los planetas y la caída libre de los cuerpos fueron explicados adecuadamente por la mecánica, la gravitación se consideró, durante mucho tiempo, como una parte constitutiva de la mecánica.

Por otra parte, el electromagnetismo no se relacionaba directamente con ninguna experiencia sensorial- a pesar de ser responsable de la mayoría de ellas- y sólo apareció como un campo organizado de la física en el siglo XIX. Así las cosas, en este siglo la física se encontraba dividida en unas pocas ramas o ciencias (denominadas tradicionalmente como clásicas), así: mecánica, calor, sonido, óptica y electromagnetismo, con muy poca o ninguna conexión entre ellas, aunque puede establecerse que la mecánica fue el principio guía para la acción para todas ellas. Puede apreciarse en los estudios independientes de la electricidad (estudio de atracción y repulsión de cargas eléctricas de Coulomb) y el magnetismo (estudio de la inducción magnética de Faraday) que el concepto de Fuerza, proveniente de la mecánica fue utilizado como modelo mecánico para explicar muchos fenómenos hasta la aparición del concepto de campos o acción a distancia. Sobre esto volveremos más adelante.

Es importante resaltar aquí, de una vez, la aparición de esa gran teoría unificadora de la física, en relación con los fenómenos eléctricos y magnéticos, en lo que se conoció como la teoría electromagnética (TEM), formulada por el físico escocés Clerk Maxwell, teoría que permitió integrar los fenómenos eléctricos y magnéticos mediante un conjunto de ecuaciones generales que explicaban perfectamente la propagación del campo electromagnético y la naturaleza de la luz. Lo realmente impresionante de las ecuaciones de Maxwell es que la conocida velocidad de la luz (300.000 km/seg.) no es sólo un viejo dato experimental, ratificado posteriormente por la teoría einsteniana, sino que también se desprende de las ecuaciones del electromagnetismo formuladas por Maxwell en los años sesenta del siglo XIX, lo cual muestra la magistralidad del trabajo del escocés. Dicha coincidencia extraordinaria demostró dos cosas realmente importantes: que la luz es una onda electromagnética y que su velocidad es una propiedad fundamental de la naturaleza como lo demostraría posteriormente Albert Einstein.

2. De los fenómenos eléctricos y magnéticos previos a las leyes físicas representadas por la teoría electromagnética- Una evolución histórica

Para entender cabalmente la manera como se llegó a la teoría electromagnética de Maxwell, es conveniente mostrar, por una parte, la evolución histórica que han tenido los fenómenos relacionados con las interacciones eléctricas y magnéticas; por otra es necesario tener una idea aproximada o una mínima comprensión de dichos fenómenos, desde una perspectiva física, como se hará más adelante. Aunque eran bien conocidos desde la antigüedad, en el siglo XVIII comienzan a estudiarse de acuerdo con el nuevo método científico los fenómenos de la electricidad y el magnetismo.

Los fenómenos de la electricidad y el magnetismo hasta el año 1800

Basados en el texto de Braun, Eliécer ("Electromagnetismo: de la ciencia a la tecnología", Fondo de Cultura Económica, México, 1992) hagamos un muy breve recorrido descriptivo por lo que fue el desarrollo de la electricidad y el magnetismo a lo largo de la historia y sobre la relación entre esos dos fenómenos, aparentemente independientes.

Iniciemos por lo que era la electricidad hasta el año 1800: Tales de Mileto, filósofo y matemático griego, es quien primero describió los fenómenos relacionados con la electricidad y el magnetismo. Entre 1729 y 1736 dos científicos ingleses, Stephen Gray (1696-1736) y Jean Desaguliers (1683-1744) dieron a conocer los resultados de una serie de experimentos eléctricos muy cuidadosos. Un científico francés, François du Fay (1698-1739), hizo otro tipo de experimentos eléctricos que reportó entre 1733 y 1734. En el año de 1663, Otto von Guericke (1602-1686) de Magdeburgo, Alemania, construyó el primer generador de electricidad, un aparato que producía cargas eléctricas por medio de fricción. En Estados Unidos, Benjamín Franklin (1706-1790)) realizó estos mismos descubrimientos, sin conocer los trabajos del francés du Fay. Según él, el vidrio electrificado había adquirido un exceso de fluido (carga) eléctrico, y le llamó a este estado positivo. Al estado de la seda con la que frotó el vidrio lo llamó negativo, pues consideraba que había tenido una deficiencia de fluido (carga) eléctrico. Esta terminología de Franklin es la que se utiliza hasta hoy en día, aunque no se acepten las ideas con que las concibió este científico. De hecho su clasificación natural dista de la que se da en la realidad y su sentido convencional de la corriente eléctrica, de acuerdo con la polaridad de la carga, es inverso al sentido real. No obstante, es el sentido convencional el que se utiliza en nuestro tiempo. Hacia mediados del siglo XVIII, mientras efectuaba algunos experimentos, Benjamín Franklin se dio cuenta de que durante las tormentas había efectos eléctricos en la atmósfera, y descubrió que los rayos eran descargas eléctricas que partían de las nubes. No fue sino hasta fines del siglo XVIII, en 1785, que el ingeniero militar francés Charles Auguste Coulomb (l736-1806) pudo medir con bastante precisión las características de las fuerzas entre partículas eléctricamente cargadas. Por otro lado, hacia la última parte del siglo XVIII un gran número de personas empleó animales para estudiar las descargas eléctricas y utilizó como fuentes máquinas generadoras y botellas de Leyden. Una de estas personas fue Luigi Galvani (1737-1798), profesor de anatomía en la Universidad de Bolonia, Italia, quien en principio habló de lo que denominó "electricidad animal".

Por otra parte, Alejandro Volta (1745-1827), profesor de una Universidad de Italia, se enteró de los experimentos de Galvani y los volvió a hacer. Llegó a la conclusión de que el efecto descubierto por Galvani no tenía nada que ver con la "electricidad animal" sino que se debía a una acción química entre el líquido, llamado electrolito, y los dos metales. Es así como Volta construyó lo que posteriormente se llamó una pila voltaica, que fue el primer dispositivo electroquímico que sirvió como fuente de electricidad.

Poco después de haber recibido una carta de Volta en la que explicaba cómo construir una pila, William Nicholson (1753-1825) y Anthony Carlisle (1768- 1840) construyeron en Inglaterra uno de estos dispositivos. Humphry Davy (1778-1829), también en Inglaterra, descompuso por medio de la electrólisis otras sustancias, y así descubrió los metales sodio y potasio al descomponer electroquímicamente diferentes sales minerales, como la potasa cáustica, la soda fundida, etc. Aquí aparece, por primera vez, en este ensayo, el científico inglés Michael Faraday, al cual nos referiremos más adelante, quien descubrió, también con las pilas voltaicas, las leyes de la electrólisis. No hay duda que Faraday fue uno de los más ilustres científicos experimentales del siglo XIX.

Merece destacarse aquí el papel que desempeña Charles de Coulomb quien con su estudio de las fuerzas eléctricas de cargas en reposo (electrostática) enuncia su ley general aplicable a las fuerzas eléctricas y magnéticas. La expresión matemática de la ley de Coulomb es muy similar a la formulación de la gravitación universal de Newton.

Igual que con la electricidad, hagamos un rápido recorrido por el desarrollo de el magnetismo hasta el año 1800. En el caso del magnetismo, al igual que en el de la electricidad, desde tiempos remotos el hombre se dio cuenta de que el mineral magnetita o imán (un óxido de hierro) tenía la propiedad peculiar de atraer el hierro. Tanto Tales de Mileto como Platón y Sócrates escribieron acerca de este hecho. En el periodo comprendido entre los años 1000-1200 D.C. se hizo la primera aplicación práctica del imán. Un matemático chino, Shen Kua (1030-1090) fue el primero que escribió acerca del uso de una aguja magnética para indicar direcciones, que fue el antecedente de la brújula. Más tarde, después del año 1100, Chu Yu informó que la brújula se utilizaba también para la navegación entre Cantón y Sumatra. La primera mención europea acerca de la brújula fue dada por un inglés, Alexander Neckham (1157-1217). Hacia 1269 Petrus Peregrinus de Maricourt, un cruzado francés, hizo una descripción detallada de la brújula corno instrumento de navegación. En el año 1600 el inglés William Gilbert (1544-1603), médico de la reina Isabel I, publicó un famoso tratado, De magnete, en el que compendió el conocimiento que se tenía en su época sobre los fenómenos magnéticos. El científico

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