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Página 1 Escuela superior politécnica de Chimborazo Facultad de ciencias Escuela de física y matemática Carrera de biofísica Electromagnetismo INTEGRANTES: CÓDIGOS: DIEGO PATRICIO TENICOTA PACHA 737 JHOANA KATHERINE CABAY GIRÓN 620 EUJEEM MARCELO MORA VERA 745 ALEXIS ALEXANDER MACHUCA JEREZ 685 Docente: DR. Jenny Orbe
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Página 1

Escuela superior politécnica de Chimborazo

Facultad de ciencias

Escuela de física y matemática

Carrera de biofísica

Electromagnetismo

INTEGRANTES: CÓDIGOS:

DIEGO PATRICIO TENICOTA PACHA 737

JHOANA KATHERINE CABAY GIRÓN 620

EUJEEM MARCELO MORA VERA 745

ALEXIS ALEXANDER MACHUCA JEREZ 685

Docente:

DR. Jenny Orbe

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Página 2

INDICE

RESUMEN……………………………………………………………………………..4

INTRODUCCION…………………………………………………………………….5

¿QUÉ ES EL ELECTROMAGNETISMO?.......................................6

HISTORIA DEL ELECTROMAGNETISMO……………………………………7

APLICACIONES DEL ELECTROMAGNETISMO…………………………… 17

PERSONAJES IMPORTANTES EN EL MAGNETISMO………………….24

MICHAEL FARADAY………………………………………………………………..24

JAMES CLERK MAXWELL…………………………………………………………29

ANDRÉ- MARIE AMPÉRE…………………………………………………………32

CARL FRIEDRICH GAUSS………………………………………………………….35

TALES DE MILETO…………………………………………………………………..39

WILLIAM GILBERT………………………………………………………………….40

OTTO VON GUERICKE…………………………………………………………….41

STEPHEN GRAY……………………………………………………………………..42

BENJAMIN FRANKLIN……………………………………………………………43

CHARLES COULOMB……………………………………………………………..49

HANS CHRISTIAN ØRSTED…………………………………………………….50

RAMAS DEL ELECTROMAGNETISMO…………………………………….51

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Página 3

ELECTROSTATICA………………………………………………………………….51

ELECTRICIDAD………………………………………………………………………52

MAGNETISMO……………………………………………………………………..53

IMPORTANCIA DEL ELCTROMAGNETISMO…………………………54

FUENTES DE INFORMACIÓN…………………………………………….……64

BIBLIOGRAFIA……………………………………………………………………….65

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Página 4

RESUMEN

El presente desarrollo textual tiene como finalidad hacer un análisis histórico

y lógico de cómo la electricidad, la electrónica y la física han

venido evolucionando hasta el punto de convertirnos dependientes directos

de estos. Para ello dividiremos su estudio en cuatro grandes etapas, y

analizar en cómo ha evolucionado el pensamiento científico de estos

notables descubridores, que hicieron posible el desarrollo de estas dos

especialidades de la Física y su validez actual en todas las ciencias.

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Página 5

INTRODUCCION

Hoy en día se torna muy fácil utilizar un televisor desde el asiento en donde

estemos también utilizamos un mouse inalámbrico, un teclado inalámbrico

etc. Que sería de nosotros los estudiantes si no existiera el internet, un

televisor, un radio entre otros.

Sin embargo, qué lejos estamos de imaginarnos de cuántos científicos e

inventores han invertido infinidad de horas en investigaciones sobre una

rama de la Física: que es el electromagnetismo, sobre los que se sustenta

los principios de funcionamiento de determinados dispositivos eléctricos y

electrónicos que posibilitan las operaciones antes enunciadas.

El estudio del magnetismo se remonta a la observación de “piedras” que se

encuentran en la naturaleza (esto es, magnetita) atraen al hierro. Es posible

establecer que todos aquellos fenómenos magnéticos cuando dos cargas

están en movimiento, entre ellas surge una fuerza que se denomina fuerza

magnética. La ciencia de la electricidad nació con la observación, conocida

por Tales de Mileto el año 600 a.c. de que de un pedazo de ámbar frotado

atrae pedacitos de paja. Cuando dos cargas eléctricas se encuentran en

reposo, entre ellas existe una fuerza denominada electrostática. Estas dos

ciencias se desarrollaron independientemente una de la otra hasta 1820,

cuando un científico llamado Hans Christian Oesrted (1777-1851) observó

una relación ente ellas, a saber, que la corriente eléctrica de un alambre

puede afectar a una aguja magnética de una brújula. Esta ciencia fue

impulsada por muchos investigadores. Poco después se comprobó que todo

fenómeno magnético era producido por corrientes eléctricas, es decir se

lograba de manera definitiva, la unificación de magnetismo y la electricidad,

originado la rama de la física que actualmente se conoce como

electromagnetismo.

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A través de este trabajo de investigación daremos a conocer el fenómeno de

electromagnetismo, un fenómeno que fue descubierto a finales del siglo XVIII

y principios del XIX este fenómeno se descubrió cuando se investigó

simultáneamente las teorías de la electricidad y el magnetismo.

¿QUÉ ES EL ELECTROMAGNETISMO?

El electromagnetismo es una rama de la física que estudia y unifica los

fenómenos eléctricos y magnéticos en una sola teoría, cuyos fundamentos

fueron sentados por Michael Faraday y formulados por primera vez de modo

completo por James Clerk Maxwell. La formulación consiste en cuatro

ecuaciones diferenciales vectoriales que relacionan el campo eléctrico, el

campo magnético y sus respectivas fuentes materiales (corriente eléctrica,

polarización eléctrica y polarización magnética), conocidas como ecuaciones

de Maxwell.

El electromagnetismo es una teoría de campos; es decir, las explicaciones y

predicciones que provee se basan en magnitudes físicas vectoriales o

tensoriales dependientes de la posición en el espacio y del tiempo. El

electromagnetismo describe los fenómenos físicos macroscópicos en los

cuales intervienen cargas eléctricas en reposo y en movimiento, usando para

ello campos eléctricos y magnéticos y sus efectos sobre las sustancias sólidas,

líquidas y gaseosas. Por ser una teoría macroscópica, es decir, aplicable sólo a

un número muy grande de partículas y a distancias grandes respecto de las

dimensiones de éstas, el electromagnetismo no describe los fenómenos

atómicos y moleculares, para los que es necesario usar la mecánica cuántica.

El electromagnetismo es considerado como una de las cuatro fuerzas

fundamentales del universo actualmente conocido.

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Página 7

HISTORIA DEL ELECTROMAGNETISMO

Edad Antigua

Para hablar del electromagnetismo consideramos importante dos cuestiones:

Que su historia está ligado al desarrollo de la electricidad, ya que el

electromagnetismo no es más que el campo magnético que se produce por

efecto de la corriente eléctrica: Las fuerzas magnéticas son producidas por

el movimiento de partículas cargadas, que son los electrones, lo que indica la

estrecha relación entre la electricidad y el magnetismo; y lo segundo, es que

para hablar de su historia debemos remontarnos a su génesis: que es el

fenómeno del magnetismo.

Este fenómeno del electromagnetismo se conoce desde tiempos antiguos. La

piedra imán o magnetita es un óxido de hierro que tiene la propiedad de

atraer los objetos de hierro, que ya era conocida por los griegos, los romanos

y los chinos.

Cuando se pasa una piedra imán por un pedazo de hierro, éste adquiere a su

vez la capacidad de atraer otros pedazos de hierro. Los imanes así producidos

están ‘polarizados’; es decir, cada uno de ellos tiene dos partes o extremos

llamados polos: norte y sur. Los polos iguales se repelen, y los polos opuestos

se atraen.

De las distintas obras consultadas al respecto se constató que la palabra

magnetismo y el descubrimiento del imán, en la Edad Antigua, proviene del

nombre del pastor Magnes, o según la leyenda en la ciudad de Magnesia,

donde se encontraban grandes yacimientos de imanes naturales (ferrita).

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En esta época se descubrió la propiedad que tenía el imán para atraer a

ciertos cuerpos y la persona que comenzó a realizar determinados estudios

sobre dichas propiedades, que se tenga noticia, fue Tales de Mileto (c. 625-c.

546 a.C.). Es posible que este filósofo griego ya supiera que el ámbar

adquiere la propiedad de atraer objetos ligeros al ser frotado. Otro filósofo

griego, Teofrasto afirmaba, en un tratado escrito tres siglos después, que

otras sustancias poseen esa propiedad (Biblioteca de consulta Microsoft ®

Encarta ® 2004), (Daniushenkov, V. 1991), (Moltó, E. 2003).

El aporte científico acerca del estudio de las propiedades del imán estuvo

dado en:

Que era una propiedad de determinadas sustancias.

Que al ser dividido un imán se convertía en un nuevo imán.

Es importante apreciar cómo en esta etapa de la historia de la humanidad,

la ciencia de lo que es hoy llamada Electricidad y Electromagnetismo estuvo

supeditada a simples estudio empíricos acerca de las propiedades del imán.

Por lo que podemos decir que su estudio se basaba de forma empírica y

simple. El término Edad Media, que según distintos historiadores, fue

empleado por vez primera por el historiador Flavio Biondo de Forlì, en su

obra Historiarum ab inclinatione romanorun imperii decades (Décadas de

historia desde la decadencia del Imperio romano) (Diccionario Enciclopédico

Encarta 2004), publicada en 1438, se refiere a un período de la historia

europea que transcurrió desde la desintegración del Imperio romano de

Occidente, en el siglo V, hasta el siglo XV. Aunque se aclara que no se pueden

tomar como fechas de referencias fijas, ya que en la Ciencias Sociales no se

puede establecer una ruptura brusca entre una etapa históricamente

determinada y otra.

En el siglo X, según fuentes registradas, los iniciales navegantes chinos y

europeos empleaban brújulas magnéticas. ENCARTA © 1993-2003 Microsoft

Corporation. De aquí que la repercusión social que tuvieron los trabajos

sobre el magnetismo que le precedieron devino al empleo de la brújula.

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En el siglo XIII, el francés Petrus Peregrinus realizó reveladoras

investigaciones sobre los imanes. Sus descubrimientos no se superaron en

casi 300 años, hasta que el físico y médico británico William Gilbert

revolucionó las investigaciones de su antecesor Petrus.

A partir de los estudios teóricos del inglés Williams Gilbert (1540-1603),

quien aplicó el término ‘eléctrico’ (del griego elektron, ‘ámbar’) a

la fuerza que ejercen esas sustancias después de ser frotadas. De este

científico aparece un Tratado ´Magnete´ publicado en 1600 y cuyo

fundamento esta dado en la experimentación y lo más importante es que él

planteó que la agujas de las brújulas se orientaban debido al magnetismo

terrestre, que contradecía una opinión generalizada que ésta se orientaba

hacia un punto celeste; la otra cuestión importante que planteó fue, que las

propiedades eléctricas las produce la fricción, y las magnéticas son

inherentes a determinados cuerpos (establece diferencias entre unas y

otras); que las acciones magnéticas son de dos tipos: atracción y repulsión y

que las eléctricas son solas de atracción; que las atracciones eléctricas son

más débiles que las magnéticas y que las primeras pueden ser destruidas por

la humedad y la magnética no.

Ya aquí se puede apreciar como el pensamiento científico va evolucionando y

no se basa en el mero hecho de explicar cómo ocurre el fenómeno, sino que

tratan de explicar el por qué ocurre.

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.

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En 1729 el también inglés Etephen Gray (1670-1736) descubrió la

conductibilidad eléctrica de los cuerpos y mostró que para conservar la

electricidad un cuerpo debía de estar aislado; sus experimentos atrajeron

la atención de otro científico francés: Charles Du Fay El francés Charles

François de Cisternay Du Fay (1698-1739), hizo sus estudios y demostró la

electrización por contacto, fue quien creó la primera teoría de los fenómenos

eléctricos y planteó la necesidad de los aisladores como soporte de hilo

conductor y la existencia de dos electricidades: la vítrea y la resinosa. En

1745, se inventa la botella de Leyden por los físicos: el holandés Pieter van

Musschenbroek, de la Universidad de Leyden, y el físico alemán Ewald Georg

von Kleist que de, forma independiente, inventan la botella de Leyden. La

misma está formada por una botella de vidrio recubierta por dos láminas de

papel de estaño, una en el interior y otra en el exterior, la cual es considerada

en la historia de la electricidad como el primer condensador eléctrico.

Resulta inobjetable que para hablar de electricidad, no debemos de dejar de

mencionar los trabajos empírico y experimentos llevados a cabo por uno de

los inventores más fecundo de la historia: Benjamín Franklin. Benjamin

Franklin (1747–1752). Este filósofo, político y científico estadounidense inicia

sus experimentos sobre la electricidad. Adelanta una posible teoría de la

botella de Leyden, defiende la hipótesis de que las tormentas son un

fenómeno eléctrico y propone un método efectivo para demostrarlo. A él se

debe el invento del pararrayo. En 1750, el geólogo británico John Michell

inventó una balanza que utilizó para estudiar las fuerzas magnéticas. Este

científico demostró empíricamente (Observe que no lo fundamenta

matemáticamente) que la atracción o repulsión entre dos polos magnéticos

disminuye a medida que aumenta el cuadrado de la distancia entre ellos. El

físico francés Charles de Coulomb (1736-1806), considerado como pionero en

la teoría eléctrica, realizó investigaciones en magnetismo, rozamiento y

electricidad. Éste en 1777, inventó la balanza de torsión para medir la fuerza

de atracción magnética y eléctrica; verificó posteriormente la observación de

Michell con una gran precisión. Con este invento, Coulomb pudo establecer

el principio, conocido ahora como Ley de Coulomb, que rige

la interacción entre las cargas eléctricas: ley que actualmente se aplica. En

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1791 Luis Galvan (1737-1798), estudió el efecto de las fuerzas eléctricas

(como él le llamó) en las ranas y postuló que este movimiento muscular en

las ancas de las mismas era atribuido a la electricidad animal (Moltó, 2003).

Es importante analizar cómo en este período ya el estudio de la electricidad y

del electromagnetismo no sólo se sustenta de las observaciones

experimentales, sino que se comienzan a establecer consideraciones teóricas

más profundas y leyes científicas, que están aparejadas con el desarrollo del

intelecto humano. Es bueno apuntar, que en este período se había inventado

la imprenta (1450), la máquina de vapor por Dennis Papin (1647-1714) y

perfeccionada o mejorada por Jaime Watt (1764) y el invento de un telar

mecánico accionado por una máquina de vapor (1785), por el británico

Richard Arkwright: Tres elementos, que evidentemente sustentaban las

bases tecnológicas para el ulterior desarrollo de la electricidad y el

electromagnetismo en el período siguiente.

Edad Media hasta la Revolución Francesa (Siglo V hasta 1799)

En este período se puede decir que se desarrolla la teoría electromagnética,

fundamentalmente a finales del siglo XVIII y a principios del XIX.

Son numerosos los científicos que trabajaron en esta línea en este período,

por lo que sólo enunciaremos algunos de los más renombrados, por razones

obvias de espacio en este trabajo.

Los planteamientos de Galvani fueron rebatidos con posterioridad por

Alejandro Volta (1745-1827), quien postuló que lo que producía las

contracciones del animal no era debido a lo que planteaba Galvani; sino

debido a la corriente eléctrica que se producía al unir dos metales diferentes,

y con esta teoría Volta construyó la primera batería, a la cual le llamó

columna de Volta.

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"En 1800, Volta construyó la primera pila, según su propia descripción,

preparando cierto número de discos de cobre y de cinc junto con discos de

cartón empapados en una disolución de agua salada. Después apiló estos

discos comenzando por cualquiera de los metálicos, por ejemplo uno de

cobre, y sobre éste uno de cinc, sobre el cual colocó uno de los discos mojados

y después uno de cobre, y así sucesivamente hasta formar una columna o

´pila´. Al conectar unas tiras metálicas a ambos extremas consiguió obtener

chispas" (© 1993-2003 Microsoft Encarta 2003).

Ya en 1812, el francés Poisson (1781-1840), hizo un aporte fundamental para

la electrostática sobre los trabajos de su antecesor, el químico inglés Davy

(1778-1829), quien estudió los efectos químicos de la electricidad, en

particular la electrólisis. Poisson planteó la ecuación fundamental de la

electrostática, con su función potencial; donde:

.

Considero que el padre del electromagnetismo fue el danés Hans Christian

Oersted (1777-1851), quien en 1819 llevó a cabo un experimento que

revolucionó, a mi modo de ver, este campo de la Física, al observar la

desviación producida por una aguja magnética al acercarse a un conductor

por el cual pasaba corriente eléctrica. Con este descubrimiento se demostró

la interrelación entre la electricidad y el magnetismo. Oersted demostró que

una corriente eléctrica crea un campo magnético; principio por el cual se

sustenta en la actualidad los distintos desconectivos magnéticos (para

accionar grandes equipos eléctricos: motores, máquinas herramientas…),

electroimanes, entre otros.

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Este descubrimiento fue desarrollado por el científico francés André Marie

Ampère (1775-1836), conocido por sus importantes aportaciones al estudio

de la electrodinámica, que estudió las fuerzas entre cables por los que

circulan corrientes eléctricas, y por el físico y astrónomo francés Dominique

François Arago (1786-1853), que descubrió el fenómeno conocido como

magnetismo de rotación y demostró la relación entre la aurora boreal y las

variaciones en el magnetismo terrestre. Éste magnetizó un pedazo de hierro

colocándolo cerca de un cable recorrido por una corriente (© 1993-2003

Microsoft Encarta 2003).

En 1831, el científico británico Michael Faraday (1791-1867), hizo otro

descubrimiento trascendental: que el movimiento de un imán en las

proximidades de un cable induce en éste una corriente eléctrica; este efecto

era inverso al hallado por Oersted.

Si analizamos bien las consecuencias de ambos descubrimientos, es a través

de los mismos que se fundamenta el principio del motor eléctrico y de los

generadores de corrientes: de aquí su trascendencia para nuestra vida

moderna.

Así, Oersted demostró que una corriente eléctrica crea un campo magnético,

mientras que Faraday demostró que puede emplearse un campo magnético

para crear una corriente eléctrica (principio de inducción de la corriente

eléctrica). A este insigne científico se debe además, el estudio de la

electricidad y la luz, denominado: "Efecto Faraday" (1838), que consiste en el

plano de polarización de la luz en presencia de un imán y fue el creador de las

líneas de inducción magnéticas, entre otras.

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El 27 de octubre de 1864, en la Royal Society, el físico británico James Clerk

Maxwell presentó un trabajo en el que unificó las teorías de la electricidad y

el magnetismo: "Teoría dinámica del campo electromagnético"; en él,

Maxwell introduce la corriente de desplazamiento, mediante el cual un

campo eléctrico, variable en el tiempo, da lugar a un campo magnético no

solamente en un conductor, sino en una sustancia cualquiera, incluso el

vacío. Este científico predijo la existencia de ondas electromagnéticas e

identificó la luz como un fenómeno electromagnético.

Fueron muchos los científicos que continuaron las investigaciones en esta

etapa, entre los que se pueden citar a: Herz (1854-1897), hoy todavía a la

ondas de radio se les llama hertzianas, y fue el descubridor del efecto

fotoeléctrico –formación y liberación de partículas eléctricamente cargadas

que se produce en la materia cuando es irradiada con luz u otra radiación

electromagnética-, principio muy utilizado en los vuelos espaciales en las

baterías solares de dichas naves.

Poyting (1884) realizó estudios acerca de la energía luminosa; Lebedev (1866-

1912), logró obtener ondas electromagnéticas de 6 mm. de longitud de onda

y midió la presión luminosa; Tesla y Popov (1874-1937), aplicaron la onda de

radio a la telegrafía sin hilo: madre las comunicaciones en la actualidad. Los

estudios de Plinkers (Alemán. 1869), Crookes (Inglés, 1874), quienes

trabajaron en el descubrimiento: que la corriente eléctrica pasa libremente

por un tubo de cristal el cual se le ha extraído aire, estudiado por el primero;

y que dentro del tubo aparecían rayos invisibles que salían del cátodo,

estudiado por el segundo: rayos catódicos. Muy usados hoy en la medicina en

los equipos de rayos X.

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Otro científico que revolucionó el desarrollo de la electricidad y la electrónica

fue el croata Nikola Tesla (1856-1943), quien en 1888 diseñó el

primer sistema práctico para generar y transmitir corriente alterna

para sistemas de energía eléctrica, de cuyos derechos fueron comprados por

el inventor estadounidense George Westinghouse. Este revolucionario

sistema de transmitir la corriente eléctrica -que compitió y triunfó sobre el

método tradicional por corriente directa propuesto por Edison-, fue

mostrado en la práctica en Chicago en la World's Columbian Exposition

(1893). Dos años más tarde los motores de corriente alterna de Tesla se

instalaron en el diseño de energía eléctrica de las cataratas del Niágara.

Dentro de los muchos inventos de Tesla se encuentran los generadores de

alta frecuencia (1890) y la bobina de Tesla (1891), un transformador con

importantes aplicaciones en el campo de las comunicaciones por radio. Es

importante apreciar que a partir de la propuesta de Tesla es que se ha

abaratado la transmisión de la corriente eléctrica, lo que ha posibilitado el

enorme desarrollo de ambas esferas: la electricidad y el electromagnetismo.

En esta etapa de las investigaciones sobre este campo, se puede observar

como en la medida que se ha ido desarrollando la ciencia y la tecnología,

ambas traen aparejado un incremento más profundo de su autodesarrollo;

ya no sólo los científicos e inventores se limitan a la observación y explicación

de los fenómenos, sino que se formulan leyes prominentes basadas en leyes

físico-matemáticas. Otro aspecto muy importante es cómo ya la electricidad

y electromagnetismo se interrelacionaron, en esta etapa, con la química y la

luz. Aquí surgen los principios fundamentales para un salto cualitativo, a

partir de los cambios cuantitativos que han ido evolucionando en este

período, pero que a su vez toma de sustento toda la experiencia científica

acumulada en estos dos grandes períodos de la historia del

electromagnetismo y la electricidad. Se puede resumir que este período

sirvió de base a la revolución científico-técnica de lo que es hoy

la industria moderna, ya que se construyeron y perfeccionaron los sistemas

de transmisión de energía eléctrica (por corriente alterna), se construyeron

los grandes generadores y motores de corriente eléctrica con sus

correspondientes dispositivos electromagnéticos para su correcto y óptimo

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funcionamiento y se establecieron las leyes y postulados más reveladores en

el desarrollo de estas dos ciencias. Posterior al siglo XIX hasta la actualidad

(1900 hasta 2005) Posterior al siglo XIX, siguieron un sinnúmero de científicos

que ampliaron y descubrieron nuevas leyes en este mundo fascinante, entre

lo que podemos citar: el físico francés Paul Langevin (1905), el cual 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; el físico francés Pierre Ernst Weiss (también de esta

década), 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; el físico danés Niels

Bohr (Premio Nobel de Física en 1922), que trabajó sobre la estructura

atómica, el cual 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 (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 (Encarta

op. Cit.). La superconductividad fue descubierta en 1911, por el físico

holandés Heike Kamerlingh Onnes, que observó que el mercurio no

presentaba resistencia eléctrica por debajo de 4,2 K (-269 °C). Ya en 1957, los

físicos estadounidenses John Bardeen, Leon N. Cooper y John R. Schrieffer

proponen una teoría -teoría BCS, por las iniciales de sus apellidos y por la que

sus autores-, que les valió el Premio Nobel de Física (1972). Esta teoría

describe la superconductividad como un fenómeno cuántico, en el que los

electrones de conducción se desplazan en pares, que no muestran resistencia

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eléctrica. Esta teoría explicaba satisfactoriamente la superconducción a altas

temperaturas en los metales, pero no en los materiales cerámicos; teoría que

en 1962, el físico británico Brian Josephson estudió la naturaleza cuántica de

la superconductividad y predijo la existencia de oscilaciones en la corriente

eléctrica, que fluye a través de dos superconductores separados por una

delgada capa aislante, en un campo eléctrico o magnético. Este fenómeno,

conocido como efecto Josephson, fue posteriormente confirmado

experimentalmente (Encarta op. Cit.).

APLICACIONES DEL ELECTROMAGNETISMO

Trenes de levitación magnética:

Estos trenes no se mueven en contacto con los rieles, sino que van

"flotando" a unos centímetros sobre ellos debido a una fuerza de repulsión

electromagnética. Esta fuerza es producida por la corriente eléctrica que

circula por unos electroimanes ubicados en la vía de un tren, y es capaz de

soportar el peso del tren completo y elevarlo.

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Se muestra el JR Maglev en la pista de pruebas de Yamanashi, Japón.

Timbres:

Al pulsar el interruptor de un timbre, una corriente eléctrica circula por un

electroimán creado por un campo magnético que atrae a un pequeño

martillo golpea una campanilla interrumpiendo el circuito, lo que hace que el

campo magnético desaparezca y la barra vuelva a su posición.

Este proceso se repite rápidamente y se produce el sonido característico del

timbre.

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Página 19

Magnetrón

Un magnetrón es un dispositivo que transforma la energía eléctrica en

energía electromagnética en forma de microonda. Fue desarrollado hacia el

final de los años 30 con el fin de alimentar al radar mediante una fuente

radioeléctrica potente y con una longitud de onda centimétrica, por lo tanto

unas frecuencias elevadas para la época de 300 MHz a 3 GHz.

El magnetrón tiene un filamento metálico de titanio que, al hacerle circular

una corriente eléctrica, se calienta y produce una nube de electrones a su

alrededor. Este filamento se encuentra en una cavidad cilíndrica de metal

que al aplicarle un potencial positivo de alto voltaje con respecto al

filamento, éste atrae a las cargas negativas. Viajarían en forma radial, pero

un campo magnético aplicado por sendos imanes permanentes obliga a los

electrones a girar alrededor del filamento en forma espiral para alcanzar el

polo positivo de alto voltaje. Al viajar en forma espiral, los electrones

generan una onda electromagnética perpendicular al desplazamiento de los

mismos, que es expulsada por un orificio de la cavidad como guía de onda.

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El magnetrón es un dispositivo bastante eficiente. En un horno de microonda,

por ejemplo, una entrada de 1.100 vatios creará generalmente cerca de 700

vatios una energía de la microonda, una eficacia del alrededor 65%.

Modernas, de estado sólido, las fuentes de la microonda en esta frecuencia

funcionan típicamente aproximadamente la eficacia de 25 a del 30% y se

utilizan sobre todo porque pueden generar una amplia gama de frecuencias.

Así, el magnetrón permanece en uso extenso en los papeles que requieren

alta energía, pero donde está poco importante el control exacto de la

frecuencia.

Magnetrón seccionado, pudiéndose ver sus cavidades

Sus usos principales son:

-Horno de microondas: Inventado en 1946 por el ingeniero físico Percy

Spencer el cual descubrió las propiedades del horno de microondas por

casualidad mientras trabajaba en su empresa comprobando el magnetrón,

pudo observar como la chocolatina que tenía en su bata se había derretido,

intrigado decidió realizar un experimento situando cerca del magnetrón un

puñado de granos de maíz, y vio como estos empezaban a crepitar y saltar

por todo el laboratorio.

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Página 21

Magnetrón de un horno microondas abierto.

-Radar: es un sistema que usa ondas electromagnéticas para medir

distancias, altitudes, direcciones y velocidades de objetos estáticos o móviles.

En 1934, y gracias a un estudio sistemático del magnetrón, se realizan

ensayos sobre sistemas de detección de onda corta siguiendo los principios

de Nikola Tesla. De este modo nacen los radares de ondas decimétricas.

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Obsoleta tubo magnetrón 9 GHz y los imanes de un radar de aviones

soviéticos. El tubo es abrazado entre los polos de dos en forma de

herradurade alnico imanes (arriba, abajo) , que crean un campo magnético a

lo largo del eje del tubo. Las microondas se emiten desde la abertura de guía

de ondas (la parte superior) que en uso está conectado a una guía de ondas

de la realización de las microondas a la antena de radar. Tubos modernos

utilizan imanes de tierras raras que son mucho menos voluminosos.

Magnetoterapia

Es una práctica de medicina alternativa pseudocientífica que implica el uso

de campos magnéticos estáticos. Sus practicantes afirman que someter a

ciertas partes del cuerpo a campos magnetostáticos producidos por imanes

permanentes tiene efectos beneficiosos para la salud. Estas declaraciones

físicas y biológicas no están demostradas y no se ha comprobado que existan

efectos curativos o sobre la salud. A pesar de que la hemoglobina, la proteína

de la sangre que transporta el oxígeno, es débilmente diamagnética (cuando

está oxigenada) o paramagnética (cuando está desoxigenada), los imanes

utilizados en la terapia magnética son en muchos órdenes de magnitud

demasiado débiles para tener algún efecto medible sobre el flujo sanguíneo.

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ELECTROTERAPIA

Electroterapia moderna surgen en el siglo XVII con Otto Von Guericke, que

construyó la primera máquina de electricidad artificial. En el Siglo XVIII Luigi

Galvani, en 1786, realiza sus experimentos de corrientes eléctricas en tejidos

vivos, clásicos y conocidos sus experimentos con la rana muerta que le

producía movimiento a las patas mediantes corrientes eléctricas. Volta

construye su denominada pila voltaica que producía la corriente continua.

D´Arsonval realiza estudios sobre la excitabilidad. Claude Bernard realiza

tratamientos eléctricos en las enfermedades mentales. Rupert Traebert

describe efectos analgésicos de las corrientes eléctricas.

Los efectos de la electricidad son: Antiinflamatorio, analgésico, potenciación

neuromuscular, térmica, mejora del transporte de medicamentos,

disminución del edema, control del dolor, tratamiento de lesiones dérmicas,

mejora la sanación de las heridas y otros más.

CONCLUSIÓNES

En el diseño de este trabajo nos pudimos dar cuenta lo que significa el

fenómeno de electromagnetismo, sus usos, su historia y los científicos que lo

han estudiado por años. Se puede apreciar como dos fenómenos como la

electricidad y el magnetismo se unen formando el centro de nuestra

investigación, como un simple sonido del timbre de nuestra casa puede

contener la ciencia estudiada, lo que significa que donde miremos la física va

a estar ahí con alguno de sus múltiplos fenómenos.

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El estudio del electromagnetismo es importante, porque se han realizado a lo

largo del tiempo varias observaciones en la Ciencia del magnetismo y la

electricidad donde se ha vuelto central en nuestra tecnología como medio

ideal de almacenamiento de datos en cintas magnéticas, discos magnéticos y

brújulas magnéticas, también para el diseño de circuitos eléctricos

facilitando la energía eléctrica a nuestros hogares.

Además de que tiene aplicaciones de suma importancia en el ámbito médico;

su aplicación sería las resonancias magnéticas, que son para el análisis de

enfermedades que no se pueden apreciar a simple vista.

PERSONAJES IMPORTANTES EN EL MAGNETISMO

MICHAEL FARADAY

Fue un físico y químico británico que estudió el

electromagnetismo y la electroquímica. Sus

principales descubrimientos incluyen la inducción

electromagnética, el diamagnetismo y la electrólisis.

Faraday es uno de los científicos más influyentes de la

historia. Debido a su estudio del campo magnético

alrededor de un conductor por el que circula

corriente continua, Faraday fijó las bases para el desarrollo del concepto de

campo electromagnético. Faraday también estableció que el magnetismo

podía afectar a los rayos de luz y que había una relación subyacente entre

ambos fenómenos. Descubrió asimismo el principio de inducción

electromagnética, diamagnetismo, las leyes de la electrólisis e inventó algo

que él llamó dispositivos de rotación electromagnética, que fueron los

precursores del actual motor eléctrico.

Faraday fue un excelente experimentador, que transmitió sus ideas en un

lenguaje claro y simple. Sus habilidades matemáticas, sin embargo, no

abarcaban más allá de la trigonometría y el álgebra básica. James Clerk

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Maxwell tomó el trabajo de Faraday y otros y lo resumió en un grupo de

ecuaciones que representan las actuales teorías del fenómeno

electromagnético. El uso de líneas de fuerza por parte de Faraday llevó a

Maxwell a escribir que "demuestran que Faraday ha sido en realidad un gran

matemático. Del cual los matemáticos del futuro derivarán valiosos y

prolíficos métodos".2 La unidad de capacidad eléctrica en el SI de unidades, el

farad (F), se denomina así en su honor.

Faraday es mejor conocido por su trabajo relacionado con electricidad y magnetismo. Su primer experimento registrado fue la construcción de una pila voltaica con siete monedas de medio penique, apiladas junto a siete discos chapados en cinc y seis trozos de papel humedecidos con agua salada. Con esta pila pudo descomponer el sulfato de magnesio (primera carta a Abbott, 12 de julio de 1812).

Experimento de Faraday que demuestra la inducción (1831). La batería líquida (derecha) envía una corriente eléctrica a través del pequeño solenoide (A). Cuando se mueve dentro o fuera del solenoide grande (B), su campo magnético induce un voltaje temporal en el solenoide, la que es detectada por el galvanómetro (G).

Experimento de rotación electromagnética de Faraday, ca. 1821

En 1821, poco después del descubrimiento del fenómeno electromagnético por parte del físico y químico danés Hans Christian Ørsted, Davy y el científico

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británico William Hyde Wollaston intentaron, sin éxito, diseñar un motor eléctrico. Faraday, habiendo discutido el problema con los dos hombres, persistió y logró construir dos dispositivos que producían, lo que él denominó, "rotación electromagnética". Uno de ellos, conocido ahora como motor homopolar, producía un movimiento circular continuo ocasionado por la fuerza magnética circular en torno a un alambre que se extendía hasta un recipiente con mercurio que tenía un imán en su interior; el alambre rota alrededor del imán cuando se le suministra una corriente eléctrica desde una batería química. Estos experimentos e inventos conformaron las bases de la tecnología electromagnética moderna. La emoción debida a estos descubrimientos llevó a Faraday a publicar sus trabajos sin haberlos presentado previamente a Davy o Wollaston. La controversia resultante dentro de la Royal Society tensó la relación con su mentor Davy y pudo haber contribuido a que Faraday fuera designado para otras tareas, impidiendo su participación en investigación electromagnética durante varios años.

Desde su primer descubrimiento en 1821, Faraday continuó su trabajo de laboratorio, explorando las propiedades electromagnéticas de distintos materiales y desarrollando la experiencia requerida. En 1824, armó un circuito para estudiar si el campo magnético podía regular el flujo eléctrico de un cable adyacente, pero no encontró tal relación. Durante los siguientes siete años, Faraday ocupó la mayor parte de su tiempo perfeccionando la fórmula de un cristal con cualidades ópticas, el borosilicato de plomo, el cual utilizaría en sus posteriores experimentos que lo llevarían a relacionar el fenómeno electromagnético con la luz. En su tiempo libre, Faraday continuó publicando sus trabajos experimentales en óptica y electromagnetismo; mantuvo también correspondencia con científicos que había conocido en su viaje a través de Europa con Davy y que también se encontraban investigando el electromagnetismo. Dos años después de la muerte de Davy, en 1831, Faraday dio inicio a la gran serie de experimentos que lo llevarían a descubrir la inducción electromagnética.

Diagrama del dispositivo del aro de hierro de Faraday

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El gran descubrimiento de Faraday vino cuando enrolló dos solenoides de alambre alrededor de un aro de hierro, y encontró que cuando hacía pasar corriente por un solenoide, otra corriente era temporalmente inducida en el otro solenoide. Este fenómeno se conoce como inducción mutua. Este aparato aún se expone en la Royal Institution. En experimentos posteriores, Faraday notó que si hacía pasar un imán a través de una espira de alambre, una corriente eléctrica circularía a través de este alambre. La corriente también fluía si la espira era movida sobre el imán en reposo. Sus demostraciones establecieron que un campo magnético variable generaba un campo eléctrico; esta relación fue modelada matemáticamente por James Clerk Maxwell como Ley de Faraday, que posteriormente se convertiría en una de las cuatro ecuaciones de Maxwell, y que a su vez evolucionarían a un modelo más general conocido como teoría de campos. Faraday usaría después los principios que había descubierto para construir el dínamo eléctrico, ancestro de los actuales generadores y motores eléctricos.

En 1832, realizó una serie de experimentos con el objetivo de estudiar la naturaleza fundamental de la electricidad. Faraday utilizó "estática", baterías y "electricidad animal" para producir el fenómeno de atracción eléctrica, electrólisis, magnetismo, etc. Concluyó que, contrario a la opinión científica de la época, la división entre varios "tipos" de electricidad era irreal. En vez de eso, propuso que sólo un "tipo" de electricidad existe, y que valores variables de cantidad e intensidad (corriente y voltaje) producirían diferentes grupos de fenómenos.

Cerca del final de su carrera, Faraday propuso que la fuerza electromagnética podía extenderse en el espacio vacío alrededor de un conductor. Esta idea fue rechazada por sus pares científicos, no pudiendo vivir lo suficiente para ver la aceptación de su proposición por parte de la comunidad científica. El concepto de Faraday de líneas de flujo saliendo desde cuerpos cargados e imanes proveyó una forma de visualizar los campos eléctrico y magnético; ese modelo conceptual fue crucial para el exitoso desarrollo de dispositivos electromecánicos que dominarían la industria y la ingeniería por el resto del siglo XIX.

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Diamagnetismo

Michael Faraday sosteniendo una barra de vidrio usada en 1845 para mostrar que el magnetismo puede afectar la luz en un material dieléctrico.

En 1845, Faraday descubrió que muchos materiales exhibían una débil repulsión frente a campos magnéticos: un fenómeno que denominó diamagnetismo.

Faraday también descubrió que el plano de polarización de la luz linealmente polarizada podía rotarse debido a la aplicación de un campo magnético externo alineado con la dirección de propagación de la luz. Este fenómeno es llamado en la actualidad efecto Faraday. Así lo hace constar en su libro de notas: "He, al fin, tenido éxito en iluminar una curva magnética o línea de fuerza y en magnetizar un rayo de luz".

En los últimos años de su vida, en 1862, Faraday utilizó un espectroscopio para estudiar la alteración de las líneas espectrales en presencia de un campo magnético. El equipamiento disponible, sin embargo, no fue suficiente para una determinación precisa del cambio espectral. Posteriormente, el físico neerlandés Pieter Zeeman utilizaría un aparato mejorado para estudiar el mismo fenómeno, publicando sus resultados en 1897 y recibiendo el premio Nobel de Física en 1902. Tanto en su publicación de 1897 como en su discurso de aceptación del Nobel en 1902, Zeeman hizo referencia al trabajo de Faraday.

Jaula de Faraday

En su trabajo en electricidad estática, el experimento de la cubeta de hielo de Faraday demostró que la carga eléctrica se acumula sólo en el exterior de un conductor cargado, sin importar lo que hubiera en su interior. Esto es debido a que las cargas se distribuyen en la superficie exterior de tal manera que los campos eléctricos internos se cancelan. Este efecto de barrera es conocido como jaula de Faraday.

Principios de Faraday

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De una obra de Isaac Watts titulada The Improvement of the Mind -La mejora de la mente-, leída a sus catorce años, Michael Faraday adquirió estos seis constantes principios de su disciplina científica:

Llevar siempre consigo un pequeño bloc con el fin de tomar notas en cualquier momento.

Mantener abundante correspondencia. Tener colaboradores con el fin de intercambiar ideas. Evitar las controversias. Verificar todo lo que se dice. No generalizar precipitadamente, hablar y escribir de la forma más

precisa posible.

JAMES CLERK MAXWELL

James Clerk Maxwell (Edimburgo, Reino Unido; 13 de junio de 1831-Cambridge, Inglaterra; 5 de noviembre de 1879) fue un físico escocés conocido principalmente por haber desarrollado la teoría electromagnética clásica, sintetizando todas las anteriores observaciones, experimentos y leyes sobre electricidad, magnetismo y aun sobre óptica, en una teoría consistente. Las ecuaciones de Maxwell demostraron que la electricidad,

el magnetismo y hasta la luz, son manifestaciones del mismo fenómeno: el campo electromagnético. Desde ese momento, todas las otras leyes y ecuaciones clásicas de estas disciplinas se convirtieron en casos simplificados de las ecuaciones de Maxwell. Su trabajo sobre electromagnetismo ha sido llamado la «segunda gran unificación en física», después de la primera llevada a cabo por Isaac Newton. Además se le conoce por la estadística de Maxwell-Boltzmann en la teoría cinética de gases.

Maxwell fue una de las mentes matemáticas más preclaras de su tiempo, y muchos físicos lo consideran el científico del siglo XIX que más influencia tuvo sobre la física del siglo XX habiendo hecho contribuciones fundamentales en la comprensión de la naturaleza. Muchos consideran que sus contribuciones a la ciencia son de la misma magnitud que las de Isaac Newton y Albert Einstein. En 1931, con motivo de la conmemoración del centenario de su nacimiento, Albert Einstein describió el trabajo de Maxwell como «el más

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profundo y provechoso que la física ha experimentado desde los tiempos de Newton».

Ya desde su adolescencia, Maxwell demostraría sus capacidades, principalmente en el campo de las matemáticas. Con 15 años, después de una de las muchas reuniones de la Royal Society of Edinburgh a la que asistió, James Clerk Maxwell ideó una forma sencilla de trazar óvalos con un hilo atado a dos alfileres. Gracias a ello, Maxwell ingresaría en tan reputada institución.4

Además de su actividad profesional, Maxwell se dedicó a la realización de estudios de carácter privado en sus posesiones de Escocia. Es el creador de la electrodinámica moderna y el fundador de la teoría cinética de los gases. Formuló las ecuaciones llamadas "ecuaciones de Maxwell", y que se definen como las relaciones fundamentales entre las perturbaciones eléctricas y magnéticas, que simultáneamente permiten describir la propagación de las ondas electromagnéticas. Éstas, de acuerdo con su teoría, tienen el mismo carácter que las ondas luminosas. Más tarde Heinrich Hertz lograría demostrar experimentalmente la veracidad de las tesis expuestas por Maxwell. Sus teorías constituyeron el primer intento de unificar dos campos de la física que, antes de sus trabajos, eran teóricamente independientes: la electricidad y el magnetismo (conocidos como electromagnetismo).

En el año 1859 Maxwell formuló la expresión termodinámica que establece la relación entre la temperatura de un gas y la energía cinética de sus moléculas.

Obra científica

Entre sus primeros trabajos científicos Maxwell se empeñó en el desarrollo de una teoría del color y de la visión y estudió la naturaleza de los anillos de Saturno demostrando que éstos no podían estar formados por un único cuerpo sino que debían estar formados por una miríada de cuerpos mucho más pequeños. También fue capaz de probar que la teoría nebular de la formación del Sistema Solar vigente en su época era errónea ganando por estos trabajos el Premio Adams de Cambridge en 1859. En 1861, Maxwell demostró que era posible realizar fotografías en color utilizando una

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combinación de filtros rojo, verde y azul obteniendo por este descubrimiento la Medalla Rumford ese mismo año.

En su experimento mental, basado en el método que había propuesto en 1855, Maxwell encargó al fotógrafo Thomas Sutton fotografiar una cinta colorida tres veces, cada vez con un filtro de color distinto (rojo, verde y azul-violeta). Tras revelar las tres fotografías, las imágenes fueron trasladadas a cristales y proyectadas en una pantalla con tres proyectores, cada uno equipado con el mismo filtro de color original. Al ser superimpuesto en la pantalla, las tres imágenes formaban una imagen en color.

Ecuaciones de Maxwell

Maxwell no escribió sus fórmulas en notación vectorial, sino que planteó todo en un sistema de ecuaciones en cuaterniones. Su planteamiento fue esencialmente algebraico, como fue el caso de Ruđer Bošković con su teoría de los "puncta". Originalmente fueron veinte ecuaciones, que el mismo Maxwell redujo a trece. Luego Heaviside, en colaboración con Gibbs y Hertz, independientemente, produjeron las fórmulas que actualmente maneja la ciencia.

Las ecuaciones de Maxwell de manera de resumen se pueden encontrar en la siguiente tabla:

Estas cuatro ecuaciones junto con la fuerza de Lorentz son las que explican cualquier tipo de fenómeno electromagnético. Una fortaleza de las ecuaciones de Maxwell es que permanecen invariantes en cualquier sistema de unidades, salvo de pequeñas excepciones, y que son compatibles con la relatividad especial y general. Además Maxwell descubrió que la cantidad

era simplemente la velocidad de la luz en el vacío, por lo que la luz es una forma de radiación electromagnética. Los valores aceptados actualmente

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para la velocidad de la luz, la permitividad y la permeabilidad magnética se resumen en la siguiente tabla:

ANDRÉ-MARIE AMPÈRE

André-Marie Ampère (Lyon, 20 de enero de 1775-Marsella, 10 de junio de 1836) fue un matemático y físico francés. Inventó el primer telégrafo eléctrico y, junto con François Arago, el electroimán. Formuló en 1827 la teoría del electromagnetismo. El amperio (en francés ampère) se llama así en su honor.

André-Marie Ampère fue un niño precoz y, antes de conocer los números, ya hacía cálculos con ayuda de piedritas y migas de pan. Desde niño demostró ser un genio. Siendo muy joven empezó a leer y a los doce años iba a consultar los libros de matemáticas de la biblioteca de Lyon. Su padre, Jean-Jacques Ampère, era un ferviente seguidor de Rousseau y, siguiendo su libro Emilio, o De la educación, le dio una instrucción sin obligaciones: Ampère «nunca fue a la escuela» salvo para dar clases él mismo. Su padre le enseñó ciencias naturales, poesía y latín, hasta que descubrió el interés y el talento de su hijo para la aritmética. Desde los cuatro años ya leía a Buffon y no retoma más que las lecciones de latín (aprendió esta lengua en unas pocas semanas) para poder entender los trabajos de Leonhard Euler y de Daniel Bernoulli.

En 1793 sufrió una profunda depresión por la muerte de su padre quien, retirado como juez en Lyon, se opuso firmemente a los excesos revolucionarios que llevaron al levantamiento de la ciudad contra la Convención Nacional y al sitio de Lyon; al poco tiempo arrestado, fue llevado a prisión y ejecutado el 25 de noviembre.

En 1796 André-Marie conoció a Julie Carron, con quien se casó en 1799. A partir de 1796, Ampère dio en Lyon clases privadas de matemáticas, química

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e idiomas. En 1801, obtuvo el puesto de profesor de Física y Química (en Francia fundidas en una sola asignatura) en Bourg-en-Bresse, en la École centrale de Ain (actualmente, preparatoria Lalande), dejando en Lyon a su esposa y a su hijo (llamado Jean-Jacques, en honor a su padre). Su esposa murió en 1803. Su pequeño tratado, publicado en 1802, Considérations sur la théorie mathématique du jeu (Consideraciones sobre la teoría matemática del juego) atrajo la atención de Jean Baptiste Joseph Delambre, cuya recomendación le permite ser nombrado profesor de Matemáticas trascendentes en la preparatoria de Lyon (hoy en día, Escuela Ampère).

En 1804 nombrado profesor particular de análisis en la École polytechnique, se instaló en París. En 1806, se casó en segundas nupcias con Jeanne-Françoise Potot, quien murió en Versailles en 1866 a los 88 años. Tuvieron una hija llamada Albine.

En 1808 fue nombrado Inspector General de la Universidad y profesor de matemáticas en la École Polytechnique, volviéndose más popular que el gran matemático Cauchy.

Ampère murió durante una jornada de inspección en la enfermería del liceo Thiers de Marsella en 1836 a los 61 años. Está enterrado en el cementerio de Montmartre en París.

Descubrimientos

Ampère trabajó igualmente en la matemática, concentrándose en la teoría de probabilidades y en la integración de las ecuaciones diferenciales parciales.

En 1820, a partir del experimento de Hans Christian Oersted,2 estudió la relación entre magnetismo y electricidad. Descubrió que la dirección que toma la aguja de una brújula depende de la dirección de la corriente eléctrica que circula cerca y dedujo de esto la regla llamada «de Ampère»: un hombre está acostado sobre un cable conductor; la corriente, que va por convención de más a menos, lo atraviesa de pies a cabeza; mientras observa una aguja imantada. El polo norte de esta aguja se desplaza entonces a su izquierda. Esto es ejemplificado también en la regla de la mano derecha: si se separan los tres primeros dedos de la mano derecha de manera que el dedo corazón

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indique la dirección del campo magnético y el pulgar la del movimiento, entonces el índice indicará la dirección por la que circula la corriente.

De las leyes de Ampère, la más conocida es la de la electrodinámica, que describe las fuerzas que dos conductores paralelos atravesados por corriente eléctrica ejercen uno sobre otro. Si el sentido de la corriente es el mismo en los dos conductores, estos se atraen; si la corriente se desplaza en sentidos opuestos, los conductores se repelen. Describe igualmente la relación que existe entre la fuerza de corriente y la del campo magnético correspondiente. Estos trabajos fundan la electrodinámica e influyen considerablemente en la física del siglo XIX.

Ampère interpreta el fenómeno del magnetismo con la teoría de la corriente molecular, según la cual innumerables partículas minúsculas, cargadas eléctricamente, estarían en movimiento dentro del conductor. Esta teoría es rechazada por los científicos de la época y no se impone hasta sesenta años después gracias al descubrimiento del electrón.

Además de su trabajo sobre la electrodinámica, intenta explicar ciertos fenómenos químicos con la geometría de las moléculas y emite, al igual que Avogadro, la hipótesis de que el número de moléculas contenidas en un gas es proporcional a su volumen.

André-Marie Ampère fue titular de la cátedra de Física general y experimental del Collège de France, sucediendo a Louis Lefèvre-Gineau y siendo reemplazado por Félix Savart.

Inventó el galvanómetro, el primer telégrafo eléctrico y, junto a François Arago, el electroimán. Fue gracias a Ampère que se dieron a conocer los términos corriente eléctrica y tensión eléctrica.

Además, en la querella por la naturaleza del cloro, él fue de los primeros en abogar por «el cloro: cuerpo simple», contra la idea entonces extendida de «cloro: compuesto oxigenado del ácido muriático» (hoy ácido clorhídrico).

Amigo de Ballanche y de Gilles Coupier, de filosofía personalmente inquieta, Ampère también publicó una importante clasificación de las ciencias.

Homenajes

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En su honor, su nombre le fue dado a la unidad de corriente eléctrica, el amperio.

Es uno de los 72 científicos cuyo nombre figura inscrito en la Torre Eiffel.

Todos los años, la Academia de Ciencias concede el Premio Ampère. Existe una calle con su apellido en París.

En Lyon

Una plaza y la estación de metro con más conexiones llevan su nombre.

La preparatoria de Lyon fue renombrada en 1888 Escuela Ampère. Un laboratorio de investigación en ingeniería eléctrica, unidad mixta de

investigación del CNRS.

En Montpellier

Calle llamada André-Marie Ampère. Muchas escuelas en Arlés, Lyon, Oyonnax. Muchas escuelas primarias en París, Grenoble, Saint-Germain-en-Laye,

Nantes, Strasbourg, Oullins, Lille, Yzeure, Saint-Étienne du Rouvray, Caluire et Cuire.

Un timbre postal fue emitido en Francia en 1936.

CARL FRIEDRICH GAUSS

Carl Friedrich Gauss nació el 30 de abril de 1777, en Brunswick, (ahora Alemania), y murió el 23 de febrero de 1855, en Göttingen, Hannover (Ahora Alemania). Junto a Arquímedes y Newton, Gauss es sin duda uno de los tres genios de la historia de las Matemáticas. Sus aportaciones en todos los campos matemáticos fueron increíbles, aunque algunos de sus descubrimientos tuvieran que esperar más de un siglo para ser valorados debidamente. Las aportaciones de Gauss en todos los

campos de la Matemática son inestimables, Teoría de números, Astronomía, Magnetismo, Geometría y Análisis. Cualquier gran descubrimiento

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matemático a lo largo de este siglo encuentra detrás la alargada sombra de Gauss.

Hijo de un humilde albañil, Gauss dio señales de ser un genio antes de que cumpliera los tres años. A esa edad aprendió a leer y hacer cálculos aritméticos mentales con tanta habilidad que descubrió un error en los cálculos que hizo su padre para pagar unos sueldos. Ingresó en la escuela primaria antes de que cumpliera los siete años.

Cuando tenía diez años de edad, su maestro solicitó a la clase que encontrará la suma de todos los números comprendidos entre uno y cien. El maestro, pensando que con ello la clase estaría ocupada algún tiempo, quedó asombrado cuando Gauss, levantó en seguida la mano y dio la respuesta correcta. Gauss reveló que encontró la solución usando el álgebra, el maestro se dio cuenta de que el niño era una promesa en las matemáticas.

Cuando tenía doce años, criticó los fundamentos de la geometría euclidiana; a los trece le interesaba las posibilidades de la geometría no euclidiana. A los quince, entendía la convergencia y probó el binomio de Newton. El genio y la precocidad de Gauss llamaron la atención del duque de Brunswick, quien dispuso, cuando el muchacho tenía catorce años, costear tanto su educación secundaria como universitaria. Gauss, a quien también le interesaban los clásicos y los idiomas, pensaba que haría de la filología la obra de su vida, pero las matemáticas resultaron ser una atracción irresistible.

A partir de 1791, el Duque de Brunswic, Carl Wilhelm Ferdinand se encargó de pagar la educación de Gauss. En Febrero de 1792 Gauss ingresó en el colegio Carolino, donde estudió durante tres años, conociendo la obra de Euler, Lagrange y, sobre todo, los Principia de Newton. Cuando dejó el colegio, en Octubre de 1795, aún no había decidido si se dedicaría a las matemáticas o a la filología. En 1796, un mes antes de cumplir los 19 años, Gauss consiguió la construcción de un polígono regular de 17 lados con regla y compás , como se exigía en la Geometría desde Grecia. Ya de viejo, Gauss encontró la caracterización de los demás polígonos regulares que pueden construirse con regla y compás. Algunos autores consideran este hecho fundamental para que Gauss se decidiera por las matemáticas y no por la filología.

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A los 19 años había descubierto por si solo un importante teorema de la teoría de los números, la ley de la reciprocidad cuadrática. Después de su regreso a Brunswic en 1799, el duque tuvo que ser convencido para seguir con su ayuda económica a Gauss. Como contrapartida debió presentar su tesis doctoral en la Universidad de Helmstedt. En su tesis Gauss dio la primera demostración del teorema fundamental del álgebra. Gauss se graduó en Göttinga en 1798, y al año siguiente recibió su doctorado en la Universidad de Helmstedt.

Quizás la obra más importante publicada por Gauss sean las Disquisitiones Arithmeticae de 1801. Aquí desarrolló algunos resultados de teoría de números, incluyendo series infinitas convergentes. Estudió teoría de errores y dedujo la curva normal de probabilidad, hoy conocida como la curva de Gauss.

Las matemáticas no fueron el único tema que le interesó a este hombre; fue también astrónomo, físico, geodesta e inventor. Hablaba con facilidad varios idiomas, e inclusive dominó el ruso a la edad de sesenta años. En 1807 fue nombrado director del observatorio y profesor de astronomía en la Universidad de Göttinga. Cuando tan sólo tenía veinticuatro años, Gauss tuvo una destacada participación en el nacimiento de la astrofísica. La primera noche del siglo XIX aportó un notable caudal a nuestros conocimientos del sistema planetario. El astrónomo italiano Giuseppe Piazzi (1746--1826) descubrió, el 12 de enero de 1801, un astro de octava magnitud que cambió de lugar con respecto a las estrellas fijas, manifestando su carácter planetario. Fue llamado Ceres y se trataba del primero de los asteroides, el primero de los pequeños planetas cuyo enjambre circula en la ancha zona comprendida entre las órbitas de Marte y Júpiter. Las dificultades para calcular los elementos de la órbita del astro descubierto, que, por aproximarse al Sol, se volvió invisible durante algún tiempo, brindaron a Gauss la oportunidad para aplicar su elegante método de mínimos cuadrados y contribuir así a encontrar de nuevo el planetoide perdido.

El 9 de octubre de 1805, un aumento de su pensión permitió que se casara con Johanna Ostoff. De este feliz matrimonio (Gauss lo considera así en una carta dirigida a su amigo Wolfgang Bolyai), nacieron tres hijos, José , Minna y Luis, el primero de los cuales heredó la capacidad de su padre para los cálculos mentales. Sin embargo 4 años después, con el nacimiento de Luis, su

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esposa murió. Al año se volvió a casar con Minna Waldeck, amiga íntima de su primera mujer, con la que tuvo dos hijos y una hija.

En 1807, fue nombrado director del observatorio de Göttingen con la única obligación, si fuera necesario, de dar cursos de matemáticas a los estudiantes de la universidad. La enseñanza no fue una tarea que agradara a Gauss, solamente con buenos matemáticos se sentía cómodo impartiendo sus lecciones. En esta época debió soportar la presión de los invasores franceses y pagar una contribución involuntaria de 2000 francos a la caja de guerra de Napoleón (su orgullo no le permitió aceptar algunas donaciones para poder pagar esta multa).

Desde 1821 hasta 1848 Gauss trabajó en Geodesia. Entre 1830 y 1840 se dedicó a la física matemática, concretamente electromagnetismo, magnetismo terrestre la teoría de la atracción según la ley de Newton. Los últimos años de su vida, entre 1841 y 1855, los dedicó al "análisis situs" y a la geometría asociada a funciones de variable compleja.

En 1833, inventó un telégrafo eléctrico que usó entre su casa y el observatorio, a una distancia de unos dos kilómetros. Inventó también un magnetómetro bifiliar para medir el magnetismo y, con Weber, proyectó y construyó un observatorio no magnético.

En 1835 Carl Friedrich Gauss formularía la Ley de Gauss, o teorema de Gauss.

Esta ley sería una de sus contribuciones más importantes en el campo del electromagnetismo, y de ella derivarían dos de las cuatro ecuaciones de Maxwell.

Después de 20 años en los que apenas había salido de Göttingen, en junio de 1854 salió para visitar la construcción del ferrocarril entre su ciudad y Cassel. Los caballos se desbocaron y fue despedido fuera del carruaje, aunque no tuvo ningún daño, si sufrió un fuerte "shock". Después de recuperarse llegó a presenciar la inauguración del ferrocarril a Göttingen. A principios de 1855 comenzaron a aparecer los síntomas de su última enfermedad. Con dificultades, siguió trabajando hasta que murió pacíficamente el 23 de febrero de 1855.

A la edad de setenta y siete años, Gauss falleció. En la lápida que señala su tumba hay un diagrama, construido por el mismo Gauss, de un polígono de

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diecisiete lados. Durante su vida, se reconoció que era el matemático más grande de los siglos XVIII y XIX. Fue llamado el príncipe de las matemáticas.

TALES DE MILETO

Fue un filósofo, matemático, geómetra, físico y legislador

griego. En la antigüedad se le consideraba uno de los Siete

Sabios de Grecia. No se conserva ningún texto suyo y es

probable que no dejara ningún escrito a su muerte. Desde

el siglo V a. C. se le atribuyen importantes aportaciones en

el terreno de la filosofía, la matemática, la astronomía, la

física, etc.

A Tales de Mileto se le otorga el descubrimiento de un mineral que tenía la propiedad de atraer ciertos metales: la magnetita. Además, Tales observaría que frotando hierro a la magnetita, éste adquiría las propiedades magnéticas del mineral: el hierro se imantaba.

Aunque el filósofo griego no consiguiera explicar correctamente la atracción magnética, ya que su razonamiento se basaba en la atribución de “vida” o “alma” a la magnetita, sus estudios sí que dieron nombre al fenómeno físico: el magnetismo.

Además de sus estudios con la magnetita, Tales de Mileto también experimentó con ámbar. Mientras paseaba con sus discípulos, observó que, al frotar este material contra su vestimenta, se habían adherido los hilos de su manto.

Tal y como el alumnado puede experimentar en las clases de hoy, con el efecto triboeléctrico, Tales experimentaría con esta resina fósil de color amarilla. Al frotar este material, observaría que otros cuerpos, como paja o plumas, se veían atraídos. Tales estaba cargando eléctricamente el ámbar por frotamiento.

El filósofo griego denominaría a este material elektron. Como en el magnetismo, Tales de Mileto no sólo fue el origen del estudio de la electrostática sino que también creó el término que, 1.600 años después,

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William Gilbert sugeriría para referirse a la propiedad de atraer pequeños objetos después de haberlos frotado: la electricidad.

WILLIAM GILBERT

(Colchester, Essex, 24 de mayo de 1544 – Londres, 10 de

diciembre de 1603). Filósofo natural y médico inglés.

Fue uno de los primeros filósofos naturales de la era moderna en realizar experimentos con la electrostática, el magnetismo, y dio avances en la termodinámica realizando para tal fin incontables experimentos que describía con todo lujo de detalles en su obra. Definió el

término de fuerza eléctrica, el fenómeno de atracción que se producía al frotar ciertas sustancias. A través de sus experiencias clasificó los materiales en conductores y aislantes e ideó el primer electroscopio.

Descubrió la imantación por influencia, y observó que la imantación del hierro se pierde cuando se calienta al rojo. Estudió la inclinación de una aguja magnética concluyendo que la Tierra se comporta como un gran imán.

Su principal obra fue [Guilielmi Gilberti Colcestrensis, Medici Londinenses] De Magnete, Magneticisque Corporibus, et de Magno Magnete Tellure; Physiologia noua, plurimis & argumentis, & experimentis demostrata (Sobre el imán y los cuerpos magnéticos y sobre el gran imán la Tierra) publicada en Londres en el año 1600, conocido popularmente como "De Magnete".

En su honor se nombró la unidad de fuerza magnetomotriz en el sistema

CGS, que corresponde a la necesaria para hacer pasar un flujo de un Weber

en una reluctancia de un Oersted (1 gilbert = 0,79577 ampere • vuelta).

Trabajos Realizados

En el siglo XVII, William Gilbert utilizó los estudios sistemáticos acerca de las características de los imanes. Observó que la máxima atracción ejercida por los imanes sobre trozos de hierro se realiza en los llamados "polos de imán".

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Gilbert esperaba que las fuerzas que mantienen a los planetas en movimiento alrededor del Sol fueran de origen magnético. Para estudiar este problema hizo unas esferas de magnetita y estudió la interacción de éstas con agujas de brújula puestas en diferentes direcciones y distancias.

Observó que en un punto de la esfera había un máximo de atracción de un extremo de la aguja y en el punto opuesto un máximo de atracción del otro extremo. En los distintos puntos de la superficie de la esfera, la aguja siempre se orientaba en una posición definida a lo largo de un círculo máximo que enlazaba las puntas de atracción máxima o polos magnéticos de la esfera.

Este comportamiento era similar al de las agujas de la brújula en los distintos puntos de la Tierra, y Gilbert concluyó que nuestro globo puede ser considerado como un imán gigantesco con sus polos situados cerca de los polos norte y sur geográficos.

El polo de la aguja magnética que queda orientado hacia el norte geográfico se denomina polo norte magnético del imán. El otro polo es el sur magnético.

El norte geográfico de la Tierra es un polo sur magnético debido a que atrae el polo norte de un imán y el polo sur geográfico es un polo norte magnético.

OTTO VON GUERICKE

Físico y jurista alemán (Magdeburgo, 20 de noviembre de

1602 – Hamburgo, 21 de mayo de 1686), famoso por sus

estudios sobre presión atmosférica, la electrostática y

sobre la física del vacío.

su pasión fue la física, estudió los tratados de Blaise Pascal y Evangelista Torricelli sobre la presión atmosférica. En 1654, Von Guericke hizo una espectacular demostración de la inmensa fuerza que la atmósfera podía ejercer. Mostró que, cuando dos

hemisferios de cobre de 50 centímetros de diámetro perfectamente ajustados, quedaban unidos de manera que formasen una esfera y se establecía el vacío en su interior tras extraer el aire atmosférico, dos recuas de ocho caballos cada una no podían separarlos. Este experimento se hizo

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famoso en Europa con el nombre de "los hemisferios de Magdeburgo", el cual probó ante la Dieta Imperial de Ratisbona para explicar los efectos de la presión atmosférica.

En otro experimento más inmediatamente relacionado con la historia de la máquina de vapor mostró que, cuando se creaba un vacío parcial bajo un émbolo de grandes dimensiones introducido en un cilindro, la fuerza sumada de cincuenta hombres no podía evitar que la presión atmosférica llevase el émbolo al fondo del cilindro.

También incursionó en las investigaciones sobre electrostática. Observó que se producía una repulsión entre cuerpos electrizados luego de haber sido atraídos. Ideó la primera máquina electrostática y sacó chispas de un globo hecho de azufre, lo cual le llevó a especular sobre la naturaleza eléctrica de los relámpagos.

STEPHEN GRAY

Stephen Gray (diciembre de 1666, Canterbury; 7 de

febrero de 1736, Londres) fue un físico y científico

natural inglés, conocido principalmente por su aportes

en el campo de la conductividad eléctrica.

Desde 1702 reorientó su trabajó como investigador hacia la electricidad y más adelante, más precisamente

hacia el tema de la conductividad eléctrica . Su aporte más notable (publicado en 1729) es el hallazgo de que la electricidad puede ser conducida a través de un cuerpo conductor. Este descubrimiento suele describirse como "uno de los más importantes del siglo XVIII en el área de la electricidad", habría sido un producto relativamente casual, mientras experimentaba con las propiedades de atracción en la electricidad estática, que originalmente estudiaba.

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En esta casa señorial ubicada en Norton, Buckland and Stone, de propiedad del amigo de Gray, John Godfrey, se desarrollaron durante el mes de mayo de 1729 los experimentos clave que llevaron al descubrimiento de la conducción eléctrica.

Más adelante estableció una primera clasificación de los cuerpos respecto de su conductividad eléctrica, listando los materiales conductores y los no conductores o «aislantes», trabajo que realizó en conjunto con los investigadores G. Wheler y J. Godfrey.

Sus investigaciones en el campo de la eletricidad lo hicieron merecedor de los dos primeros otorgamientos de la medalla Copley por la Royal Society en dos años sucesivos (en 1731 y en 1732).

En sus experimentos también descubrió que para que la electricidad pudiera circular por el conductor, este tenía que estar aislado de tierra.

BENJAMIN FRANKLIN

(Boston, 1706 - Filadelfia, 1790) Político, científico e

inventor estadounidense. Estudioso de la

electricidad y de cuanto atrajo su interés, inventor

del pararrayos y de otros útiles artefactos, honesto y

eficiente hombre público y destacado artífice de la

independencia de los Estados Unidos, Benjamín

Franklin fue acaso el personaje más querido de su

tiempo en su país y el único americano de la época

colonial británica que alcanzó fama y notoriedad en Europa.

Sólo desde la admiración es posible aproximarse a su figura, y al mismo

tiempo es difícil pensar en Franklin sin experimentar una sensación de calor

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humano. Su apariencia era tan sencilla, su personalidad resultaba tan

agradable y su sentido del humor brotaba tan espontáneamente que para la

gente resultaba fácil quererlo y respetarlo. Unos grandes ojos grises y una

boca propensa a la sonrisa adornaban el rostro de este dechado de virtudes,

que fue capaz de sobresalir en cuantos campos se propuso.

"La voluntad, el talento, el genio y la gracia se reunían en él, como si la

naturaleza al formarle se hubiese sentido derrochadora y feliz", afirmó uno

de sus biógrafos. Más allá de esos dones, Franklin siempre creyó firmemente

que era posible modificar los aspectos negativos del carácter mediante una

disciplina a la vez suave y constante. En su juventud llevaba siempre consigo

una lista de cualidades dignas de admiración, que más tarde se convirtió en

un pequeño libro donde cada página estaba consagrada a una virtud. Franklin

dedicaba una semana de atención a cada una de ellas, que releía en cuanto

tenía ocasión, y volvía a empezar cuando llegaba al final.

Decimoquinto hermano de un total de diecisiete, Benjamín Franklin cursó

únicamente estudios elementales, que abandonó a la edad de diez años; la

vasta erudición enciclopédica que exhibiría en su madurez fue el resultado de

una curiosidad insaciable y de un esfuerzo autodidacta que compaginaría

siempre con sus actividades profesionales. A los doce años comenzó a

trabajar como impresor en una empresa propiedad de John Franklin, uno de

sus hermanos.

En 1723, tras una disputa con su hermano, huyó a Filadelfia, donde, sin un

céntimo en el bolsillo, halló trabajo en una tipografía. Tras haber

desempeñado por espacio de dos años la misma actividad en Inglaterra,

adonde había sido enviado con recomendaciones sin ningún valor, regresó a

Filadelfia y trabajó por su cuenta como tipógrafo y editor. En 1727 fue

responsable de la emisión de papel moneda en las colonias británicas de

América. Más tarde fundó el periódico La Gaceta de Pensilvania, que publicó

entre los años 1728 y 1748, y en 1732 emprendió la edición del Almanaque

del pobre Richard (1732-1757)

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Con la publicación del Almanaque, un tipo de anuario misceláneo frecuente

en la época que incluía el santoral, horóscopos, consejos médicos y

previsiones meteorológicas, se abrió en su vida un período de prosperidad. El

propio Franklin ejercía como redactor, editor y director, aunque atribuía la

autoría del mismo a un personaje ficticio que acabaría siendo famosísimo: el

extravagante Richard Saunders, de donde procede el título de Almanaque del

pobre Richard.

El tal Richard es un viejo "yanqui" provinciano de variable humor, un filósofo

rústico con sus puntas y ribetes de misoginismo, que, con gran desesperación

de su esposa Bridget, se pasa el tiempo entre polvorientos libros y cálculos

astrológicos, en lugar de ganar dinero para sostener a su familia; decide

editar el almanaque, precisamente, para poder conciliar sus aficiones con esa

necesidad.

Junto a las secciones habituales, Franklin tuvo el acierto de incluir además

toda clase de máximas, proverbios, sentencias y frases célebres, extraídas de

fuentes variadas; en ocasiones, aplicando su genio y experiencia a la

conducta humana, llegó a inventarlas él mismo, con tanta fortuna que

acabaron pasando al acervo popular. Después de veinticinco años de

publicación ininterrumpida, con tiradas que alcanzaron los diez mil

ejemplares (una cifra impresionante para la época), Benjamín Franklin había

conseguido un considerable patrimonio que le permitió abandonar la

impresión.

El estadista

La época de más intensa actividad política de Benjamín Franklin se inició en

1757, una vez finalizada aquella larga etapa como impresor. Lo más

importante de la misma fue su tarea como inspirador y activo factótum de la

independencia. Puede atribuírsele la idea primigenia de unos Estados Unidos

como nación única y no como un grupo de colonias separadas, ya que dos

décadas antes de la guerra de independencia americana concibió un sistema

de gobiernos estatales reunidos bajo una sola autoridad federal.

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Previamente, convertido ya en uno de los más importantes personajes

públicos de Filadelfia, había sido elegido miembro de la Asamblea legislativa;

llevó a buen fin el tratado con los indios rebeldes, encontró un sistema

racional para la limpieza de las calles y promovió numerosas iniciativas y

mejoras. Su temperamento activo y polifacético lo impulsaría a participar en

las cuestiones de ámbito local, por ejemplo, en la creación de instituciones

como el cuerpo de bomberos de Filadelfia, la biblioteca pública y la

Universidad de Pensilvania, así como la Sociedad Filosófica Americana. Como

director general de Correos en Filadelfia, primero de importancia de los

múltiples cargos públicos que desempeñaría con brillante eficiencia, Franklin

alcanzó una serie de éxitos fulgurantes en la mejora del servicio, amplió

considerablemente la frecuencia de los envíos y mejoró los caminos postales.

Cuando en 1757 fue enviado a Londres para defender los intereses de las

colonias americanas ante la metrópoli, Benjamín Franklin inició una intensa

labor política que acabaría dando los frutos apetecidos. En una famosa

ocasión estuvo durante todo el día en la Cámara de los Comunes,

contestando con gran habilidad las preguntas que le dirigían los miembros de

tan honorable institución en torno a la resistencia de las colonias ante la muy

odiada ley tributaria inglesa, que resultaba nefasta para los intereses de los

colonos americanos. El resultado fue que el Parlamento revocó la ley (1766) y

la guerra se retrasó diez años, dando a los independentistas tiempo

suficiente para prepararse.

Ante las nuevas presiones fiscales y políticas ejercidas por la metrópoli,

Benjamin Franklin dejó Londres; regresó a Filadelfia en 1775 y se adhirió

decididamente al movimiento independentista. Ese mismo año fue

nombrado diputado por Pensilvania ante el II Congreso Continental, en el que

los representantes de las trece colonias norteamericanas decidieron formar

un ejército para luchar contra Inglaterra. Al año siguiente redactó,

conjuntamente con Thomas Jefferson y John Adams, la histórica Declaración

de Independencia (1776).

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Debido a su prestigio, se le escogió en diciembre de ese año para efectuar

una gira por Europa (1776-1785) en busca de apoyo para la causa

independentista. Era fundamental conseguir la ayuda de Francia, sin la cual la

contienda podía prolongarse indefinidamente e incluso perderse. George

Washington se había entregado a la organización de un ejército

norteamericano, pero la metrópoli contaba con todo el poder, las armas e

importantes aliados. Era preciso contrarrestar ese poderío consiguiendo el

auxilio de Francia. Franklin no sólo convenció al reacio monarca francés, Luis

XVI, de que enviara secretamente suministros al general Washington, sino

que un año después (1778) logró que entrara abiertamente en la guerra

como aliado después de firmar un tratado de amistad.

Finalizada la guerra y lograda la independencia efectiva, Benjamín Franklin

fue partícipe en las conversaciones para concluir el tratado de paz que

pondría fin al conflicto (1783). Tras su regreso a Filadelfia fue nombrado

miembro de la convención encargada de la redacción de la Constitución

estadounidense (1787). Franklin consiguió además resolver un problema que

amenazaba con dificultar seriamente la formación del nuevo país: los

pequeños Estados querían tener idéntica representación en el Congreso que

los grandes y, a su vez, éstos pretendían que el número de delegados se

eligiera según la población de cada Estado.

Franklin resolvió la dificultad aceptando la primera propuesta como base

para el Senado y la segunda para la Cámara de Representantes; luego,

cuando la Constitución estuvo lista, se encargó personalmente de que fuera

ratificada por los distintos Estados, tarea para la que tuvo que poner en juego

todas sus dotes de persuasión y sus capacidades de magistral razonador:

ninguno de sus interlocutores se resistió a sus argumentos. Vuelto a

Filadelfia, ya viejo y fatigado, y con la esperanza de un descanso bien

merecido, se vio inmediatamente agobiado por nuevas responsabilidades

públicas, llevando una vez más a cabo con su perfecto y admirable estilo las

misiones confiadas.

El científico

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El interés de Benjamín Franklin por los temas científicos comenzó a mediados

del siglo y coincidió aproximadamente con aquella etapa de intensa actividad

política. Durante una estancia en Francia, en 1752, llevó a cabo el famoso

experimento de la cometa, que le permitió demostrar que las nubes están

cargadas de electricidad y que, por lo tanto, los rayos son esencialmente

descargas de tipo eléctrico.

Para la realización del experimento, no exento de riesgo, utilizó una cometa

dotada de un alambre metálico unido a un hilo de seda que, de acuerdo con

su suposición, debía cargarse con la electricidad captada por el alambre.

Durante la tormenta acercó la mano a una llave que pendía del hilo de seda,

y observó que, lo mismo que en los experimentos con botellas de Leyden que

había realizado con anterioridad, saltaban chispas, lo cual demostraba la

presencia de electricidad.

Este descubrimiento le permitió inventar el pararrayos, cuya eficacia dio

lugar a que ya en 1782, en la ciudad de Filadelfia, se hubiesen instalado 400

de estos ingenios. Sus trabajos acerca de la electricidad le llevaron a formular

conceptos tales como el de la electricidad negativa y positiva (a partir de la

observación del comportamiento de las varillas de ámbar) o el de conductor

eléctrico, entre otros. Expuso además una teoría acerca de la electricidad en

la que consideraba que ésta era un fluido sutil que podía presentar un exceso

o un defecto, descubrió el poder de las puntas metálicas al observar que un

cuerpo con carga eléctrica se descarga mucho más deprisa si termina en

punta, y enunció el principio de conservación de la carga eléctrica.

Benjamín Franklin inventó también la llamada estufa Franklin (1742), una

estufa de hierro de mayor eficiencia y menor consumo, y las lentes bifocales.

La gran curiosidad que sentía por los fenómenos naturales le indujo a

estudiar, entre otros, el curso de las tormentas que se forman en el

continente americano, y fue el primero en analizar la corriente cálida que

discurre por el Atlántico norte y que en la actualidad se conoce con el

nombre de corriente del Golfo.

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Músico e instrumentista experto, escribió también sobre los problemas de la

composición musical, en particular sobre los referentes a la adaptación de la

música a la letra para que esta última pudiera ser inteligible. Una relación

detallada de sus hallazgos resultaría interminable y agotadora, pues su

capacidad creadora y su sentido de anticipación fueron absolutamente

extraordinarios.

Benjamín Franklin falleció en Filadelfia a los 84 años de edad. Había

permanecido activo prácticamente toda su vida; sólo dos años antes había

decidido retirarse de la vida pública y completar su Autobiografía (iniciada

hacia 1771), que vería la luz póstumamente. Una de las razones que lo

llevaron a la longevidad fue su profundo conocimiento de los temas relativos

a la salud. Daba largas caminatas en cuanto tenía ocasión, era un ejemplo de

moderación en la mesa y, en contra de muchos prejuicios acatados por sus

contemporáneos, tenía hábitos que resultaban insólitos para el americano

medio, como la costumbre, considerada extravagante y perniciosa, de dormir

con las ventanas abiertas de par en par.

CHARLES COULOMB

Charles-Augustin de Coulomb (Angoulême,

Francia, 14 de junio de 1736 - París, Francia, 23 de

agosto de 1806) fue un matemático, físico e

ingeniero francés. Se le recuerda por haber

descrito de manera matemática la ley de atracción

entre cargas eléctricas. En su honor la unidad de

carga eléctrica lleva el nombre de coulomb (C).

Entre otros estudios se le debe la teoría de la torsión recta y un análisis del

fallo del terreno dentro de la mecánica de suelos.

Fue el primer científico en establecer las leyes cuantitativas de la electrostática, además de realizar numerosas investigaciones sobre magnetismo, fricción y electricidad. Sus investigaciones científicas están recogidas en siete memorias, en las que expone teóricamente los fundamentos del magnetismo y de la electrostática.

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En 1777 inventó la balanza de torsión para medir la fuerza de atracción o repulsión que ejercen entre sí dos cargas eléctricas y estableció la función que liga esta fuerza con la distancia. Con este invento, culminado en 1785, Coulomb pudo establecer el principio, que rige la interacción entre as cargas eléctricas, actualmente conocido como ley de Coulomb:

También estudió la electrización por frotamiento, la polarización e introdujo el concepto de momento magnético. El culombio o coulomb (símbolo C), es la unidad derivada del Sistema Internacional de Unidades para la medida de la magnitud física de cantidad de electricidad (carga eléctrica), nombrada en su honor.

HANS CHRISTIAN ØRSTED

Hans Christian Ørsted (pronunciado en español Oersted; Rudkøbing, Langeland, 14 de agosto de 1777-Copenhague, Capital (Hovedstaden), 9 de marzo de 1851) fue un físico y químico danés, influido por el pensamiento alemán de Immanuel Kant y también de la filosofía de la Naturaleza.

Fue un gran estudioso del electromagnetismo. En 1813 ya predijo la existencia de los fenómenos electromagnéticos,

que no demostró hasta 1820, inspirando los desarrollos posteriores de André-Marie Ampère y Faraday, cuando observó que una aguja imantada colocada en dirección paralela a un conductor eléctrico se desviaba cuando se hacía circular una corriente eléctrica por el conductor, demostrando así la existencia de un campo magnético en torno a todo conductor atravesado por una corriente eléctrica, e iniciándose de ese modo el estudio del electromagnetismo. Este descubrimiento fue crucial en el desarrollo de la electricidad, ya que puso en evidencia la relación existente entre la electricidad y el magnetismo. Oersted es la unidad de medida de la reluctancia magnética. Se cree que también fue el primero en aislar el

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aluminio, por electrólisis, en 1825, y en 1844 publicó su Manual de física mecánica.

RAMAS DEL ELECTROMAGNETISMO

ELECTROSTATICA:

La electrostática es la rama de la Física que analiza los efectos mutuos que se producen entre los cuerpos como consecuencia de su carga eléctrica, es decir, el estudio de las cargas eléctricas en equilibrio. La carga eléctrica es la propiedad de la materia responsable de los fenómenos electrostáticos, cuyos efectos aparecen en forma de atracciones y repulsiones entre los cuerpos que la poseen.

Históricamente, la electrostática fue la rama del electromagnetismo que primero se desarrolló. Con la postulación de la Ley de Coulomb fue descrita y utilizada en experimentos de laboratorio a partir del siglo XVII, y ya en la segunda mitad del siglo XIX las leyes de Maxwell concluyeron definitivamente su estudio y explicación, y permitieron demostrar cómo las leyes de la

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electrostática y las leyes que gobiernan los fenómenos magnéticos pueden ser analizadas en el mismo marco teórico denominado electromagnetismo.

ELECTRICIDAD:

La electricidad (del griego ήλεκτρον élektron, cuyo significado es ‘ámbar’)1 es el conjunto de fenómenos físicos relacionados con la presencia y flujo de cargas eléctricas. Se manifiesta en una gran variedad de fenómenos como los rayos, la electricidad estática, la inducción electromagnética o el flujo de corriente eléctrica. Es una forma de energía tan versátil que tiene un sinnúmero de aplicaciones, por ejemplo: transporte, climatización, iluminación y computación.2

La electricidad se manifiesta mediante varios fenómenos y propiedades físicas:

Carga eléctrica: una propiedad de algunas partículas subatómicas, que determina su interacción electromagnética. La materia eléctricamente cargada produce y es influida por los campos electromagnéticos.

Corriente eléctrica: un flujo o desplazamiento de partículas cargadas eléctricamente por un material conductor. Se mide en amperios.

Campo eléctrico: un tipo de campo electromagnético producido por una carga eléctrica, incluso cuando no se está moviendo. El campo eléctrico produce una fuerza en toda otra carga, menor cuanto mayor sea la distancia que separa las dos cargas. Además, las cargas en movimiento producen campos magnéticos.

Potencial eléctrico: es la capacidad que tiene un campo eléctrico de realizar trabajo. Se mide en voltios.

Magnetismo: la corriente eléctrica produce campos magnéticos, y los campos magnéticos variables en el tiempo generan corriente eléctrica.

La electricidad se usa para generar:

luz, mediante lámparas calor, aprovechando el efecto Joule movimiento, mediante motores que transforman la energía eléctrica

en energía mecánica

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señales, mediante sistemas electrónicos, compuestos de circuitos eléctricos que incluyen componentes activos (tubos de vacío, transistores, diodos y circuitos integrados) y componentes pasivos como resistores, inductores y condensadores.

Aplicaciones de la electricidad

La electricidad tiene un sinfín de aplicaciones tanto para uso doméstico, industrial, medicinal y en el transporte. Solo para citar se puede mencionar a la electrónica, electrosoldadura, motores eléctricos, máquinas frigoríficas, aire acondicionado, electroimanes, telecomunicaciones, electroquímica, electroválvulas, iluminación y alumbrado, producción de calor, electrodomésticos, robótica, señales luminosas. También se aplica la inducción electromagnética para la construcción de motores movidos por energía eléctrica, que permiten el funcionamiento de innumerables dispositivos.

MAGNETISMO:

El magnetismo o energía magnética es un fenómeno natural por el cual los objetos ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales. Hay algunos materiales conocidos que han presentado propiedades magnéticas detectables fácilmente como el níquel, hierro, cobalto y sus aleaciones que comúnmente se llaman imanes. Sin embargo todos los materiales son influidos, de mayor o menor forma, por la presencia de un campo magnético.

El magnetismo se da particularmente en los cables de electromatización.

Líneas de fuerza magnéticas de un imán de barra, producidas por limaduras

de hierro sobre papel.

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El magnetismo también tiene otras manifestaciones en física, particularmente como uno de los 2 componentes de la radiación electromagnética, como por ejemplo, la luz.

IMPORTANCIA DEL ELCTROMAGNETISMO

El electromagnetismo es importante porque 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 teoría 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.

FORMULAS EMPLEADAS EN EL ELECTROMAGNETISMO

LEY DE GAUSS PARA EL CAMPO ELÉCTRICO

La ley dice que el flujo del campo eléctrico a través de una superficie cerrada

es igual al cociente entre la carga (q) o la suma de las cargas que hay en el

interior de la superficie y la permitividad eléctrica en el vacío Eo-

La forma diferencial de la ley de Gauss, en forma local, afirma que por el

teorema de Gauss-Ostrogradsky, la divergencia del campo eléctrico es

proporcional a la densidad de carga eléctrica, es decir,

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LEY DE GAUSS PARA EL CAMPO MAGNÉTICO

Donde B es la densidad de flujo magnético, también llamada inducción

magnética. Es claro que la divergencia sea cero porque no salen ni entran

vectores de campo sino que este hace caminos cerrados. El campo no

diverge, es decir la divergencia de B es nula.

Su forma integral equivalente:

Como en la forma integral del campo eléctrico, esta ecuación sólo funciona si

la integral está definida en una superficie cerrada.

LEY DE FARADAY-LENZ

como el campo magnético es dependiente de la posición tenemos que el

flujo magnético es igual a:

Además, el que exista fuerza electromotriz indica que existe un campo

eléctrico que se representa como:

con lo que finalmente se obtiene la expresión de la ley de Faraday

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El signo negativo explica que el sentido de la corriente inducida es tal que su

flujo se opone a la causa que lo produce, compensando así la variación de

flujo magnético (Ley de Lenz).

La forma diferencial local de esta ecuación es:

LEY DE AMPÈRE

En el caso específico estacionario esta relación corresponde a la ley de

Ampère, además confirma que un campo eléctrico que varía con el tiempo

produce un campo magnético y además es consecuente con el principio de

conservación de la carga.

En forma diferencial, esta ecuación toma la forma:

ECUACIONES DE MAXWELL

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Las Ecuaciones de Maxwell surgen de la teoría electromagnética y son el

resumen esta teoría desde un punto de vista macroscópico. Esas ecuaciones

tienen la forma más general:

Y son, por tanto, un total de ocho ecuaciones escalares (tres para cada uno

de los rotacionales de los campos eléctrico y magnético y una para las

divergencias).

2 Parámetros presentes

Los parámetros que intervienen en la formulación de las ecuaciones de

Maxwell son los siguientes:

- Campo eléctrico existente en el espacio, creado por las cargas.

- Campo dieléctrico que resume los efectos eléctricos de la materia.

- Campo magnético existente en el espacio, creado por las

corrientes.

- Campo magnético que resume los efectos magnéticos de la

materia.

- Densidad de cargas existentes en el espacio.

- Densidad de corriente, mide el flujo de cargas por unidad de

tiempo y superfície y es igual a .

- Permitividad eléctrica, característica de los materiales dieléctricos.

- Permeabilidad magnética, característica de los materiales

paramagnéticos.

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3 Significado físico

Cuando Maxwell resumió la teoría electromagnética de su época en sus

ecuaciones escribió las siguientes ecuaciones:

que no es nada más que la ley de Gauss, que se reduce a la ley de Coulomb

para cargas puntuales.

que no tiene nombre y expresa la inexistencia de monopolos magnéticos en

la naturaleza, es decir, esta es la explicación de que al romper un imán

obtengamos dos imanes, y no dos medio-imanes.

que es la expresión diferencial de la ley de Faraday.

que es la ley de Ampère. Sin embargo encontró que esta última ecuación,

juntamente con la ley de Faraday conducían a un resultado que violaba el

principio de conservación de la carga, con lo cual decidió modificarla para

que no violase este principio dándole la forma

que ahora se conoce como ley de Ampère modificada. El término introducido

recibe el nombre de corriente de desplazamiento.

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Página 59

Sin embargo estas ocho ecuaciones no son suficientes para resumir todo el

conocimiento de la electrodinámica clásica, nos hace falta una ecuación más,

esa es la expresión de la fuerza de Lorentz:

4 Soluciones de las ecuaciones

4.1 Las ecuaciones en función de dos campos

En ocasiones es conveniente expresar esas ecuaciones en función de sólo dos

campos (uno eléctrico y otro magnético) relacionando los campos mediante

las ecuaciones constitutivas (aquí se dan para medios isotrópicos

homogéneos lineales):

con lo que podemos transformar las ecuaciones de Maxwell a la forma

siguiente:

4.2 Electrostática y magnetos tatic

Page 60: Grupo 3

Página 60

Cuando consideramos que los campos eléctrico y magnético no dependen del

tiempo las ecuaciones de Maxwell se nos quedan en:

De sacamos que el campo eléctrico se deriva del gradiente de un

potencial, es decir, , como se desprende de la ley de Coulomb.

De deducimos que el campo magnético es el rotacional de un

potencial vector, es decir, , obteniendo el mismo resultado que a

partir de la ley de Biot-Savart.

4.3 Ecuaciones de Maxwell en el vacío

Cuando estamos en el vacío podemos suponer que no existen fuentes (es

decir, que y ) y las ecuaciones de Maxwell nos quedan de la

forma:

Page 61: Grupo 3

Página 61

En este caso se puede demostrar que tanto el campo como el campo

toman la forma de una ecuación de ondas con una velocidad

igual a la velocidad de la luz, de donde Maxwell extrajo la hipótesis de que la

luz no eran más que ondas electromagnéticas propagándose en el vacío,

hipótesis verificada esperimentalmente por Hertz algunos años después de la

muerte de Maxwell.

A partir de estas cuatro ecuaciones (dos de ellas vectoriales, con lo que en

realidad son ocho ecuaciones escalares) se deduce la óptica

electromagnética.

4.4 Caso general

El caso más general se obtiene cuando se consideran campos dependientes

del tiempo y con fuentes tanto escalares como vectoriales. En ese caso

resulta muy práctico obtener una expresión que nos exprese el campo

electromagnético como derivación de potenciales.

De la ecuación podemos extraer, de la teoría elemental de campos,

que . Si sustituimos esto en la ecuación del rotacional del campo

eléctrico obtenemos:

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Página 62

Con lo cual ya tenemos dos expresiones que nos dan la forma de los campos

y en función de dos potenciales y . Sin embargo estos potenciales

presentan cierta libertad a la hora de escogerlos lo que les hace poseer una

importante característica: una simetría gauge. En efecto, si tomamos un

campo escalar y redifinimos los potenciales como y

obtenemos el mismo campo electromagnético (que al fin y al

cabo es nuestro observable).

5 Teoremas de conservación

De las ecuaciones de Maxwell surgen de modo natural teoremas de

conservación de la carga, la energía, el momento lineal y el momento

angular.

La ecuación de conservación de la carga se expresa mediante:

La ecuación de conservación de la energía toma la forma:

donde es el vector de Poynting.

La ecuación de conservación del momento lineal es:

donde es el tensor de tensiones de Maxwell con componentes

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6 Obtención de las ecuaciones de Maxwell

Históricamente las ecuaciones de Maxwell se obtuvieron a partir de leyes

empíricas que se fueron generalizando de un modo inteligente hasta llegar al

conocimiento actual de la interacción electromagnética desde el punto de

vista clásico. Sin embargo es posible obtener las ecuaciones de Maxwell

desde un punto de vista más teórico: la teoría de la relatividad.

Podemos definir el cuadrivector potencial (se podría demostrar que éste se

transforma como un cuadrivector) como:

y definir el tensor electromagnético como:

recorriendo los índices , los índices 0 , , y y siendo .

Con todo esto el tensor electromagnético queda de la forma

Podemos definir también el cuadrivector corriente (aquí se usa el

convenio según el cual los índices repetidos están sumados) de forma que las

ecuaciones de Maxwell se recuperan mediante la ecuación

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Página 64

FUENTES DE INFORMACIÓN:

https://es.wikipedia.org/wiki/James_Clerk_Maxwell

http://www.astromia.com/astronomia/electromaxwell.htm

https://es.wikipedia.org/wiki/Charles-Augustin_de_Coulomb

http://www.biografiasyvidas.com/biografia/c/coulomb.htm

http://www.biografiasyvidas.com/biografia/f/franklin.htm

http://www.ugr.es/~eaznar/gauss.htm

https://es.wikipedia.org/wiki/Hans_Christian_%C3%98rsted

https://fernando4cm5.wordpress.com/2011/11/27/electromagnetis

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https://es.wikipedia.org/wiki/Electrost%C3%A1tica

https://es.wikipedia.org/wiki/Electricidad

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BIBLIOGRAFIA

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Habana, 2003 : Editorial Pueblo y Educación. 78 p.

MORÁGUEZ, A. Cojinetes Magnéticos -- p. 16. -- En : Revista Serranía.

-- no. 6. -- Holguín, mayo, 1997


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