HISTORIA DEL ELECTROMAGNETISMO
El fenómeno del magnetismo se conoce desde tiempos antiguos. La piedra
imán o magnetita, un óxido de hierro que tiene la propiedad de atraer los
objetos de hierro, ya era conocida por los griegos, los romanos y los chinos.
Las
fuerzas eléctricas, magnéticas, la gravedad, y las llamadas fuerzas débiles y
fuertes son las cinco fuerzas conocidas de la física. La gravedad es dominante
a una escala planetaria y estelar, mientras que las fuerzas débiles y fuertes
son importantes dentro del núcleo de los átomos; las fuerzas eléctricas y
magnéticas son fundamentales en el intermedio.
El electromagnetismo abarca tanto la electricidad como el
magnetismo y es básico para todo circuito eléctrico y magnético.
Tales de Mileto, matemático, astrónomo y filosofo griego
observo que al frotar el ámbar con seda sé producían chispas y el ámbar
adquiría la capacidad de atraer partículas de pelusa y de paja. La palabra
griega para el ámbar es el electrón, de ella se deriva las palabras electricidad,
electrón y electrónica. Noto 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. En el siglo XIII, el
erudito francés Petrus Peregrinus realizó importantes investigaciones sobre los
imanes. Tales de Mileto fue pionero en la electricidad y el magnetismo,
pero su interés como el de otros contemporáneos era filosófico que practico. 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.
Dedicó
mucho tiempo a la investigación de la electricidad. 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.
Priestley también demostró que una carga eléctrica se distribuye uniformemente
sobre la superficie de una esfera metálica hueca, y que en el interior de una esfera así no
existen cargas ni campos eléctricos.
Mas adelante el francés Charles de
Coulomb invento la balanza de
torsión que mide las
fuerzas eléctricas y magnéticas y durante este periodo Karl Friedrich gauss,
formulo el teorema de la divergencia relacionando un volumen y su superficie.
En 1800 Alejandro volta ( italiano) invento la pila voltaica, conectando varias
en serie, y que con baterías podían producirse corrientes eléctricas.
En
1813, Hans Christian Oersted predijo que se hallaría una conexión entre la
electricidad y el magnetismo. En 1819 colocó una brújula cerca de un hilo
recorrido por una corriente y observó que la aguja magnética se desviaba. Con
ello demostró que las corrientes eléctricas producen campos magnéticos. Aquí
vemos cómo las líneas de campo magnético rodean el cable por el que fluye la
corriente.
Hans Cristian Oersted (1819) físico danés 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.
Ander Marie ampere amplio las observaciones de Oersted,
inventando la bobina de solenoide para producir campos magnéticos. También
formulando correctamente la teoría de que los átomos de un imán se magnetizan
por medio de corrientes eléctricas muy pequeñas que circulan en ellos.
Alessandro
Volta (a quien Napoleón nombró conde por su trabajo en el campo de la
electricidad) es famoso por fabricar la primera pila eléctrica, conocida como
pila voltaica. Volta, profesor de física y gran experimentador, realizó muchas
otras contribuciones a la ciencia, como la invención del electróforo, un
aparato para generar cargas estáticas. La unidad de potencial eléctrico, el
voltio, recibe este nombre en su honor.
Los físicos italianos Luigi Galvani y Alessandro Volta llevaron a cabo
los primeros experimentos importantes con corrientes eléctricas. Galvani
produjo contracciones musculares en las patas de una rana aplicándoles una
corriente eléctrica. En 1800, Volta presentó la primera fuente electroquímica
artificial de diferencia de potencial, un tipo de pila eléctrica o batería. En esta misma época, el alemán George Simón Ohm formulo la ley que
lleva su nombre relacionando la corriente, el voltaje y la resistencia; tuvo
que pasar una década para que los científicos comenzaran a reconocer su verdad
e importancia.
Michael Faraday realizó
importantes contribuciones al estudio de la electricidad y el magnetismo.
Descubrió que al mover un alambre en un campo magnético se genera una corriente
(inducción electromagnética). Este descubrimiento contribuyó al desarrollo de
las ecuaciones de Maxwell y llevó a la invención del generador eléctrico.
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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. En 1905, el físico
francés Paul Langevin desarrolló una teoría sobre la variación con la
temperatura de las propiedades magnéticas de las sustancias paramagnéticas,
basada en la estructura atómica de la materia. Esta teoría es uno de los
primeros ejemplos de la descripción de propiedades macroscópicas a partir de
las propiedades de los electrones y los átomos. Posteriormente, la teoría de
Langevin fue ampliada por el físico francés Pierre Ernst Weiss, que postuló la
existencia de un campo magnético interno, molecular, en los materiales como el
hierro. Este concepto, combinado con la teoría de Langevin, sirvió para
explicar las propiedades de los materiales fuertemente magnéticos como la
piedra imán.
Después de que Weiss presentara su teoría, las propiedades magnéticas se estudiaron de forma cada vez más detallada. La teoría del físico danés Niels Bohr sobre la estructura atómica, por ejemplo, hizo que se comprendiera la tabla periódica y mostró por qué el magnetismo aparece en los elementos de transición, como el hierro, en los lantánidos o en compuestos que incluyen estos elementos. Los físicos estadounidenses Samuel Abraham Goudsmit y George Eugene Uhlenbeck demostraron en 1925 que los electrones tienen espín y se comportan como pequeños imanes con un ‘momento magnético’ definido. El momento magnético de un objeto es una magnitud vectorial que expresa la intensidad y orientación del campo magnético del objeto. El físico alemán Werner Heisenberg dio una explicación detallada del campo molecular de Weiss en 1927, basada en la recientemente desarrollada mecánica cuántica. Más tarde, otros científicos predijeron muchas estructuras atómicas del momento magnético más complejas, con diferentes propiedades magnéticas.
Después de que Weiss presentara su teoría, las propiedades magnéticas se estudiaron de forma cada vez más detallada. La teoría del físico danés Niels Bohr sobre la estructura atómica, por ejemplo, hizo que se comprendiera la tabla periódica y mostró por qué el magnetismo aparece en los elementos de transición, como el hierro, en los lantánidos o en compuestos que incluyen estos elementos. Los físicos estadounidenses Samuel Abraham Goudsmit y George Eugene Uhlenbeck demostraron en 1925 que los electrones tienen espín y se comportan como pequeños imanes con un ‘momento magnético’ definido. El momento magnético de un objeto es una magnitud vectorial que expresa la intensidad y orientación del campo magnético del objeto. El físico alemán Werner Heisenberg dio una explicación detallada del campo molecular de Weiss en 1927, basada en la recientemente desarrollada mecánica cuántica. Más tarde, otros científicos predijeron muchas estructuras atómicas del momento magnético más complejas, con diferentes propiedades magnéticas.
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