Electromagnetismo su Historia e Importancia histeresis

ELECTROMAGNETISMO: SU HISTORIA E IMPORTANCIA

Las fuerzas eléctrica y magnética, la gravedad y las llamadas fuerzas «débiles» y «fuertes» son las cinco fuerzas conocidas de la física. la mayor parte de las fuerzas que no son gravitacionales, son eléctricas o magnéticas.

El electromagnetismo abarca tanto la electricidad como el magnetismo y es básico para todo lo eléctrico y lo magnético. Aunque un resistor, capacitor o in­ductor puede considerarse como un elemento de circuito de dos terminales, sin tomar en cuenta la teoria del campo electromagnético, la comprensión de lo que ocurre dentro de estos elementos de circuito requiere un conocimiento de los campos electromagnéticos, siendo un campo cualquier región en la que actúan fuerzas eléctricas y magnéticas, es importante notar que la potencia proporcionada por un generador a una carga fluye, no tanto a través de los alambres que los conectan, sino más bien por los campos que los rodean. Y cuando se llega a las ondas en las guías de onda, a las on­das que radian de las antenas, o a las ondas que viajan en el espacio, la teoría del campo electromagnético ofrece las únicas respuestas

. La palabra griega para el ámbar es elektron y de ella se derivan las palabras elec­tricidad, electrón y electrónica. Tales de Mileto filósofo notó también la fuerza de atrac­ción entre trozos de una roca magnética natural llamada piedra de imán que se encontró en un lugar llamado Magnesia, de cuyo nombre se derivan las palabras magneto y magnetismo. Tales de Mileto fue pionero tanto de la electricidad como del magnetismo, pero su interés, como el de otros contemporáneos suyos, era filosófico más que práctico, y pasaron 22 siglos antes de que estos fenó­menos fuesen investigados de una manera experimental seria.

William Gilbert, de Inglaterra, alrededor del año 1600, realizó los primeros experimentos sistemáticos acerca de los fenómenos eléctricos y magnéticos, des­cribiéndolos en su libro De Magnete. Gilbert inventó el electroscopio para medir los efectos electrostáticos; también fue el primero en reconocer que la Tierra misma era un gigantesco imán, proporcionando así una nueva visión dentro de los principios de la brújula y la aguja o brújula de inclinación.

En 1750, Benjamín Franklin, estadista y científico estadounidense, esta­bleció la ley de la conservación de la carga en experimentos hechos con elec­tricidad, que condujeron a su invención del pararrayos, y determinó que existen tanto cargas positivas como negativas. Más tarde, el francés Charles Augustin Coulomb inventó la balanza de torsión que mide las fuerzas eléctricas y mag­néticas. Durante este periodo, Karl Friedrich Gauss, matemático y astrónomo alemán, formuló el teorema de la divergencia relacionando un volumen y su superficie.

Alessandro Volta, de Italia, había inventado en 1800 la pila voltaica y, conectando varias en serie, la bateria eléctrica. Con baterías podían producirse corrientes eléctricas; en 1819, el danés Hans Christian Oersted, profesor de física, encontró que un alambre por el que fluyera corriente provocaba la des­viación de la aguja de una brújula cercana, descubriendo que la electricidad po­día producir magnetismo. Antes de Oersted, la electricidad y el magnetismo se consideraban como fenómenos enteramente independientes.

Al año siguiente, André Marie Ampére, físico francés, amplió las obser­vaciones de Oersted. Inventó la bobina de solenoide para producir campos magné­ticos y formuló correctamente la teoría de que los átomos de un imán se mag­netizan por medio de corrientes eléctricas muy pequeñas que circulan en ellos. En aquella misma época, el alemán Georg Simón Ohm formuló la ley que lleva su nombre y relaciona la corriente, el voltaje y la resistencia.

Sin embargo, inicialmente sus ideas fueron realizadas y no fue sino hasta después de una década que los científicos comenzaron a reconocer su verdad e importancia.

En 1831, el inglés Michael Faraday demostró que un campo magnético cambiante podía producir una corriente eléctrica. Mientras que Oersted encon­tró que la electricidad podía producir magnetismo, Faraday descubrió que el magnetismo podía producir electricidad. Al mismo tiempo, el estadounidense Joseph Henry observó el efecto independientemente. Henry inventó también el telégrafo eléctrico y el relé o relevador.

Las investigaciones experimentales de Faraday posibilitaron a James Clerk Maxwell, profesor de la Universidad de Cambridge, Inglaterra, establecer Ta interdependencia de la electricidad y el magnetismo. En 1873, publicó la primera teoría unificada de electricidad y magnetismo y fundó la ciencia del electromag­netismo. Postuló que la luz era de naturaleza electromagnética y que la ra­diación electromagnética de otras longitudes de onda debía ser posible.

 

 

 

 

Pioneros del electromagnetismo

Nombre	Fechas	Papel que desempeñó	Unidades
Tales de Mileto	636-546 a. C.	Pionero en la electricidad y   magnetismo
William Gilbert	1540-1 603 d.C.	Reconoció que la Tierra es un gran	gilbert (Gb)
		imán
Benjamín Franklin	1706 1790	Estableció la conservación   de la carga
Charles A. de Coulomb	1736-1806	Midió fuerzas eléctricas y   magnéticas	coulomb (C)
Karl F. Gauss	1777-1855	Enunció el teorema de la divergencia	gauss (G)
Alessandro Volta	1745-1827	Inventó la pila voltaica	volt (V)
Hans C. Oersted	1777-1851	Descubrió   que    la  electricidad   podia	oersted (Oe)
		producir magnetismo
André M. Ampére	1775-1836	Inventó el solenoide	ampere (A)
Joseph Henry	1797-1878	Realizó experimentos que condujeron	henry (H)
		al telégrafo eléctrico
Georg S. Ohm	1787-1854	Formuló la ley de Ohm	ohm (ÍJ)
Michael Faraday	1791-1867	Demostró     que  el  magnetismo    podía	farad (F)
		producir electricidad
James P. Joule	1818-1889	Estableció     que   el   calentamiento   es	joule (J)
		proporcional   al     cuadrado   de    la
		corriente
James C. Maxwell	1831-1879	Fundó la teoría electromagnética	maxwell (Mx)
Heinrich Hertz	1857-1894	Padre de la radio	hertz (Hz)
Guglielmo Marconi	1874-1937	Hizo práctica la radio
Thomas Alva Edison	1847-1931	Inventó     la  lámpara  incandescente  y
		construyó los primeros sistemas eléc-
		tricos de potencia
Nikola Tesla	1856-1943	Demostró     el   valor   de     la   corriente	tesla (T)
		alterna
Albert Einstein	1879-1955	Hizo   universales   las     ecuaciones   de
		Maxwell a través de su teoría de la
		relatividad
Otros pioneros honrados con   unidades del		SI
Nombre	Fechas	Papel que desempeñó	Unidades
Isaac Newton	1642-1727 d. C	Formuló    leyes   de  movimiento    y  de	newton (N)
		gravitación universal. Las ecuaciones
		de Newton son a la mecánica lo que
		las    ecuaciones  de  Maxwell    son  al
		electromagnetismo
James* Watt	1736-1819	Hizo práctica la aplicación de la poten-	watt
		cia del vapor
Wilhelm Weber	1804-1891	Fue pionero en los trabajos acerca del	weber (Wb)
——		magnetismo terrestre

Aunque las ecuaciones de Maxwell son de gran importancia y, junto con condiciones en la frontera, de continuidad y otras relaciones auxiliares, son la base del electromagnetismo moderno, algunos científicos del tiempo de Maxwell fueron escépticos de sus teorías; en 1888 éstas fueron vindicadas por Heinrich Hertz, , Alemania, quien generó y detectó on­das de radio de cerca de 5 metros de longitud de onda. Hertz demostró que, con un transmisor y receptor de chispa o señal, excepto por la diferencia en la lon­gitud de onda, la polarización, la reflexión y la refracción de las ondas de radio eran idénticas a las de la luz.

Hertz fue el padre de la radio, pero su invento permaneció como una curiosidad de laboratorio hasta que el italiano Guglielmo Marconi adaptó el sistema de chispa de Hertz para enviar mensajes a través de^espacio. Marconi al agregar la sintonización, una antena grande, sistemas de tierra, y longitudes de onda más largas pudo enviar señales a grandes distancias. En 1901 causó sen­sación al enviar señales de radio a través del Océano Atlántico. Marconi fue pionero en el desarrollo de la comunicación por radio para barcos. Antes de la radio o comunicación «inalámbrica», como se le llamaba entonces, las naves estaban en altamar en el más completo aislamiento

Thomas Alva Edison, inventor estadounidense, dio a la electricidad y al magnetismo aplicaciones prácticas para la telegrafía, la telefonía, la iluminación y la generación y transmisión de potencia. Mientras que Edison era partidario de la corriente continua, Nikola Tesla desarrolló la transmisión de potencia con corriente alterna e inventó el motor de inducción. Diseñó el sistema de gene­ración de potencia en las cataratas del Niágara. En 1895, cuando este sistema comenzó a trabajar, generó tanta potencia como todas las otras estaciones generadoras de Estados Unidos juntas. Cuando joven, Tesla emigró a Estados Unidos procedente de lo que hoy es Yugoslavia.

El concepto de relatividad o de espacio-tiempo de Einstein nos dice que no hay un campo eléctrico o mag­nético puro que retenga su identidad para todos los observadores. En conse­cuencia, lo que parece ser un campo eléctrico estático para un observador es­tacionario, le parece, al menos parcialmente, .un campo magnético a un obser­vador en movimiento.

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Existen ahora pocas materias entendidas de manera tan meticulosa como el electromagnetismo y pocas que hayan tenido mayor aplicación práctica. Los motores y generadores eléctricos, el alumbrado y la calefacción eléctricos, los teléfonos, la radio, la televisión, el manejo de datos, la electrónica médica, el radar y los sensores remotos cambiaron completamente nuestra forma de vida. Cientos de satélites estacionarios de comunicación cubren ahora la Tierra como si estuvieran montados en torres de 36000 km de altura. Y aun ahora, las sondas exploran el sistema solar hasta Saturno y más allá, respondiendo a las señales y enviando de regreso fotografías y datos aunque le tome a las ondas de radio más de una hora recorrer la distancia en un solo sentido..

La civilización evolucionó por el electromagnetismo. De hecho, estamos en una sociedad electromagnética. Pero se haría mal en pensar que ya se conoce todo. H. G. Wells escribió cierta vez: «El pasado no es sino el comienzo del comienzo y todo lo que es y ha sido no es sino el crepúsculo de la aurora.»

DIMENSIONES Y UNIDADES

Se atribuyen a Lord Kelvin estas palabras:

Cuando se puede medir aquello de que se está hablando y expresarlo en números, se sabe algo de ellos; pero cuando no se puede medir, cuando no se expresa en números, su conocimiento es superficial e insatisfactorío; puede ser el principio del conocimiento, pero se ha progresado escasamente en el pensamiento de la ciencia, cualquiera que ésta sea.

A esto se podría agregar que antes de que podamos medir algo, debemos definir sus dimensiones y proporcionar algún estándar o patrón o unidad de referencia, en términos de la cual, la cantidad puede expresarse numéricamente.

Una dimensión define alguna característica física. Por ejemplo, longitud, masa, tiempo, velocidad y fuerza son dimensiones. Las dimensiones de lon­gitud, masa, tiempo, corriente eléctrica, temperatura e intensidad luminosa se consideran como dimensiones fundamentales, puesto que otras dimensiones pueden definirse en términos de estas seis. Esta elección es arbitraria pero con­veniente. Las letras L, M, T, I, .T e J representan las dimensiones de longitud, masa, tiempo, corriente eléctrica, temperatura e intensidad luminosa, respec­tivamente. Otras dimensiones son secundarias..

 UNIDADES FUNDAMENTALES Y DERIVADAS

En este sistema el metro, el kilogramo, el segundo, el ampere, el kelvin y la candela son las unidades básicas para las seis dimensiones fundamen­tales de longitud, masa, tiempo, corriente eléctrica, temperatura e intensidad luminosa. Las definiciones para estas unidades fundamentales son:

Metro (m). Longitud igual a 1 650763.73 longitudes de onda en el vacío corres­pondiente a la transición 2p_lo-5d¡ del kriptón 86.

Kilogramo (kg). Igual a la masa del kilogramo prototipo internacional, una masa de platino-iridio que se conserva en Sevres, Francia. Este kilogramo estándar o patrón es el único artefacto entre las unidades básicas del SI.

Segundo (s). Igual a la duración de 9192631770 periodos de radiación Corres­pondiente a la transición entre dos niveles hiperfinos desde el estado de

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Ampere (A). Es la corriente eléctrica que produce una fuerza de 200 nanonew-tons por metro de longitud (200 nN rrT^l = 2 x 10″⁷ N m»‘) al circular a través de dos alambres paralelos infinitamente largos en el vacío y separa­dos por 1 metro.

Kelvin (K). Temperatura igual a 1/273.16 del punto triple del agua (o punto triple del agua igual a 273.16 kelvin). t

Candela (cd). Intensidad luminosa igual a la de 1/600000 de metro cuadrado de un radiador perfécTb a la temperatura de congelación del platino.

Las unidades para otras dimensiones se denominan unidades secundarias o derivadas y se basan en estas unidades fundamentales (véase la tabla 2, Sec. A-1, en el Apéndice A).

Las cuatro dimen­siones fundamentales longitud, masa, tiempo y corriente eléctrica (símbolos dimensionales L, M, T e I). Las cuatro unidades fundamentales para estas dimensiones son la base de lo que antiguamente se llamó el sistema metro-kilogramo-segundo-ampere (mksa),

                              

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