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La fisica y quimica

1.1: Preludio a los campos eléctricos

         

            
            
                

                

                
                     

                
            
         

                
                 

             

             

                 

Este es el primero de una serie de capítulos sobre electricidad y magnetismo. Gran parte estará dirigida a un nivel introductorio adecuado para estudiantes de primer o segundo año, o tal vez algunas partes también puedan ser útiles a nivel de escuela secundaria. Ocasionalmente, como me siento inclinado, iré un poco más allá de un nivel introductorio, aunque el texto no será suficiente para cualquiera que busque electricidad y magnetismo en una clase de honores de tercer o cuarto año. Por otro lado, los estudiantes que se embarquen en clases tan avanzadas deberán conocer y comprender el contenido de estas notas más elementales antes de comenzar.

El tema del electromagnetismo es una amalgamación de lo que originalmente fueron estudios de tres fenómenos aparentemente totalmente no relacionados, a saber fenómenos electrostáticos del tipo demostrado con piezas de médula de ámbar pelotas y dispositivos antiguos como jarras Leyden y máquinas Wimshurst; magnetismo, y los fenómenos asociados con las lodestones, las agujas de la brújula y el campo magnético de la Tierra; y electricidad actual: el tipo de electricidad generada por células químicas como las células de Daniel y Leclanché. Estos deben haber parecido en algún momento fenómenos completamente diferentes. No fue sino hasta 1820 que Oersted descubrió (durante el curso de una conferencia universitaria, según la historia) que una corriente eléctrica está rodeada por un campo magnético, que podría desviar una aguja de la brújula. Los diversos fenómenos relacionados con los fenómenos aparentemente separados fueron descubiertos durante el siglo XIX por científicos cuyos nombres están inmortalizados en muchas de las unidades utilizadas en electromagnetismo: Ampère, Ohm, Henry y, especialmente, Faraday. Maxwell describió los fenómenos básicos y las conexiones entre las tres disciplinas a finales del siglo XIX en cuatro ecuaciones famosas. Este no es un libro de historia, y no estoy calificado para escribir uno, pero recomiendo encarecidamente a cualquier persona interesada en la historia de la física que aprenda sobre la historia del crecimiento de nuestra comprensión de los fenómenos electromagnéticos, de la descripción de Gilbert del magnetismo terrestre en el reinado de la reina Isabel I, a través del descubrimiento de Oersted mencionado anteriormente, hasta la culminación de las ecuaciones de Maxwell.

Este conjunto de notas se ocupará principalmente de una descripción de la electricidad y el magnetismo como fenómenos naturales, y será tratado desde el punto de vista de un científico “puro”. no se ocupará de los innumerables dispositivos eléctricos que usamos en nuestra vida cotidiana: cómo funcionan, cómo están diseñados y cómo se construyen. Estos asuntos son para ingenieros eléctricos y electrónicos. Entonces, podría preguntar, si su principal interés en la electricidad es comprender cómo funcionan las máquinas, los instrumentos y los equipos eléctricos, ¿hay algún punto en el estudio de la electricidad desde el enfoque muy “académico” y abstracto que se utilizará en estas notas, completamente divorciado como parecen ser del mundo de la realidad práctica? La respuesta es que los ingenieros eléctricos más que nadie deben comprender los principios científicos básicos antes de comenzar a aplicarlos al diseño de aparatos prácticos. Por lo tanto, ni siquiera piense en la ingeniería eléctrica hasta que tenga un conocimiento profundo de los principios científicos básicos del tema.

Este capítulo trata de los fenómenos básicos, definiciones y ecuaciones relativas a campos eléctricos.