Electromagnetismo

Electromagnetismo gy IEmayacru AczabpR 03, 2010 207 pagos ELECTROMAGNETISMO: DE LA CIENCIA A LA TECNOLOGÍA Autor: ELIEZER BRAUN COMITE DE SELECCION EDICIONES I. INTRODUCCIÓN II. LA ELECTRICIDAD HASTA EL AÑO 1800 III. EL MAGNETISMO HASTA EL ANO 1800 IV. ¿HAY RELACION ENTRE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO? V. FARADAY. LA INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA VI. CAMPO ELÉCTRICO Y CAMPO MAGNÉTICO VII. EL ELECTROIMÁN. MOTORE-S Y GENERADORES DE ELECTRICIDAD VIII. EL TELÉGRAFO IX. DESARROLLO DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS. LA ILUMINACION ELECTRICA. EL TRANSFORMADOR X.

EL TELÉFONO XI. ONDA? I XII. RESONANCIA XIII SÍNTESIS DEL ELECTR HERTZ. ONDAS ELEC DE EXCENTRICISMO. or207 Sv. ipe to AGN QUÉ ES UNA AXWELL. LA LA LUZ XV. AVISIDE. UN poco VS. LA ICA» XVII. EMISIÓN DE ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS. ANTENAS XVIII. INICIO DE LAS COMUNICACIONES INALAMBRICAS. MARCONI XIX. UN ALTO EN EL CAMINO (1830-1890) XX. NACE LA ELECTRÓNICA. TUBOS AL VACIO XXI. DESARROLLO DE LA RADIO XXII. LA TELEVISION XXIII. LA ELECTRICIDAD EN MÉXICO XXIV. OTRO A TO EN EL CAMINO (1890-1949) XXV. EL RADAR Y LA BATALLA DE INGLATERRA XXVI.

EL MAGNETRON. LAS MICROONDAS XXVII. LAS PRIMERAS COMPUTADORAS ECTRÔNICAS XXVIII. UNA REVOLUCIÓN. SE INVENTAN LOS TRANSISTORES XXIX. LA ÉPOCA MODERNA INTEGRACIÓN: CHIPS, MICRO-TODO, COMPUTADORAS Y TODAS ESAS COSAS XXX. EL LÁSER XXXI. UN ATISBO AL FUTURO. LA FOTÓNICA XXXII. COMENTARIOS FINALES CONTRAPORTADA I COMITE DE SELECCION Dr. Antono Alonso Dr. Juan Ramón de la Fuente Dr. Jorge Flores Dr. Leopoldo García-Colín Dr. Tomás Garza Dr. Gonzalo Halffter Dr. Guillermo Haro t Dr. Jaime Martuscelli Dr. Héctor Nava Jaimes Dr.

Manuel peimbert Dr. Juan José Rivaud Dr. Emilio Rosenblueth Dr. José Sarukhán Dr. Guillermo Soberón Coordinadora Fundadora: Física Alejandra Jaidar t Coordinadora: María del Carmen Farías EDICIONES Primera edición, 1992 La Ciencia para Todos es proyecto y propiedad del Fondo de Cultura Económica, al que pertenecen también sus derechos. Se publica con los auspicios de la Subsecretaría de Educación superior e Investigación Cientifica de la SEP y del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología. D. R. 1992, FONDO DE CULTURA ECONOMICA S.

A. DE CV. Carretera Picacho-Ajusco, 227; 14200 México, D F. ISBN 968-16-3742-9 Impreso en México para resolver diferentes problemas, lo cual a su vez abrió nuevos horizontes científicos. En los capítulos II y III se reseña la curiosidad científica que ha tenido el hombre desde tiempos Inmemoriales por las ropiedades de la electricidad por un lado y del magnetismo por otro. En los capítulos IV-VI se relata el descubrimiento de la relación entre estos dos campos, resaltando el hecho de que no son independientes.

Se habla de los trabajos de Christian Oersted, André-Marie Ampàre y Michael Faraday, algunas de las figuras señeras de la ciencia en el siglo pasado. El conocimiento cientiTico de la relación entre electricidad y magnetismo d10 lugar, inmediatamente, a aplicaciones tecnológicas importantes. Éstas se detallan en los capítulos VII-X e incluyen al telégrafo, con el que el hombre pudo comunicarse or medios eléctricos, y a las máquinas eléctricas, o sea, motores eléctricos y generadores de electricidad.

De esta forma, el hombre tuvo a su disposición fuentes de corriente eléctrica de gran intensidad, hecho que cambió drásticamente la vida, dando lugar a una revolución en la forma de vida de la humanidad, cuyas consecuencias fueron la iluminación eléctrica y el teléfono, entre otras. Otra novedad importante que se dio en el desarrollo de estas aplicaciones de la electricidad y el magnetismo fue la creación de los primeros laboratorios industriales, que desempeñaron un apel primordial en los subsiguientes avances. Por otro lado, la historia dio un vuelco inesperado.

James Glerk Maxwell realizó una gran síntesis teórica de los trabajos de Ampere y Faraday sobre la electricidad y el mag realizó una gran síntesis teórica de los trabajos de Ampàre y Faraday sobre la electricidad y el magnetismo, lo que le condujo al sorpresivo descubrimiento de que la luz era de origen eléctrico y magnético. Además, como consecuencia de la teoría que desarrolló predijo la existencia de las ondas electromagnéticas. El contexto en que trabajó Maxwell se presenta en los captulos XI XIII y su contribución se relata en el capítulo XIV.

Basado en el trabajo de sus antecesores, Maxwell construyó uno de los pilares de la ffsica, comparable con la mecánica desarrollada por Newton. Hemos de mencionar que la teoría electromagnética de Maxwell sirvió para el futuro desarrollo de la teoría de la relatividad de Einstein. Años después de que Maxwell hiciera la predicción de las ondas electromagnéticas en forma teórica, Hertz llevó a cabo un notable experimento, que es un ejemplo de la forma en que se hace ciencia. Se propuso indagar si en la naturaleza efectivamente xisten ondas electromagnéticas.

Su trabajo verificó en forma brillante las predicciones de Maxwell. Después de los experimentos de Hertz no quedó ya ninguna duda, desde el punto de vista conceptual, acerca de la realidad ffsica de los campos, idea que Faraday había propuesto originalmente y que Maxwell elaboró en su forma matemática. Esta idea ha sido de crucial importancia en la física posterior, tanto para la relatividad de Einstein como para las teorías modernas de las partículas elementales Otra consecuencia de los trabajos de Maxwell y Hertz fue el inicio de las comunicaciones inalámbricas.

Los antecedentes y trabajos más importantes se el inicio de las comunicaciones inalámbricas. Los antecedentes y trabajos más importantes se presentan en los capítulos XVI a Will. A principios del presente sglo, los trabajos de Marconi solamente habían dado por resultado el telégrafo inalámbrico. La necesidad de desarrollar la radiotelefonía precipitó el inicio de la electrónica moderna. De hecho, esta rama del electromagnetismo consolidó el importante papel de los laboratorios industriales. En el capítulo XX se describe la relación entre la parte científica y sus aplicaciones prácticas.

Una vez logrado el entendimiento fundamental del funcionamiento de los tubos al vac(o hubo una nueva irrupción de grandes novedades: la radio, que dominaría la vida humana durante varias décadas, y posteriormente la televisión, que tanta repercusión ha tenido. Esto lo reseñamos en los capítulos XXI y XXII. En el capítulo XXIII presentamos en forma breve la introducción y aplicaciones de la electricidad en México. En los capítulos YuXV y XXVI se detalla la invención del radar y el papel determinante que desempeñó en la victoria de los ingleses en la llamada Batalla de Inglaterra. ?sta, que tuvo en sus omentos culminantes en el otoño de 1940, fue decisiva en la posterior derrota de la Alemania nazi y pudo lograrse graclas a que los ingleses contaban con el radar, primitivo, pero funcional. Éste fue una aplicación importante de la teoría electromagnética. Para mejorar su funcionamiento y reducir su tamaño fue necesario trabajar con microondas, que se lograron generar por medio del magnetrón. Como se reseña en el capítulo XXVII, hacia 1946 se terminó de con generar por medio del magnetrón.

Como se reseña en el capitulo XXVII, hacia 1946 se terminó de construir un dispositivo que llegaría a tener gran influencia en la ida humana: las computadoras electrónicas. Otra revolución se lleva a cabo en la segunda parte de la década de 1940: la invención del transistor. En el capltulo XXVIII se presenta el trabajo científico que se realizó para lograr esta novedad; en particular, la base cuántica fue indispensable para hacer una descripción correcta de la estructura microscópica de los sólidos.

De esta manera, como se puede leer en el capítulo XXIX, se inició un torrente de aplicaciones y de mejoras cada vez más interesantes, lo que hizo posible la miniaturización de los aparatos electrónicos. De hecho, a partir de la década de 1950 se ha vivido en una revolución continua. Los avances científicos en la comprensión de la estructura de la materia han dado lugar a un sinfin de aplicaciones del electromagnetismo. Una de ellas fue el láser, cuyo principio se basó en un mecanismo que Einstein propuso en 1917 para explicar la distribución de radiación encontrada por Planck en 1900.

En el capitulo XXX se detalla la base del funcionamiento de este dispositivo, que tiene una cantidad impresionante de aplicaciones, algunas de las cuales presentamos. Finalmente, en el último capítulo, el XXXI, se indican algunos de os avances que se están dando en la actualidad, así como las tendencias hacia el futuro. La fotónica, o sea la transmisión de señales, ahora por medio de ondas electromagnéticas y usando fibras ópticas, está ahora al frente del desarrollo, con la po electromagnéticas y usando fibras ópticas, está ahora al frente del desarrollo, con la posibilidad real de reemplazar a los dispositivos electrónicos.

De hecho, se vislumbra que en el siglo venidero los aparatos no sean ya electrónicos sino fotónicos, convirtiéndose en realidad un sueño de excitantes posibilidades, sólo concebido en la ciencia ficción. Por limitación de espacio el autor ha elegido sólo algunos de los más importantes avances tecnológicos del electromagnetismo; aun así ha sido necesario abreviar la información, ya que varios de ellos requerirían un libro completo. En esta obra se plantea el hecho de que, en el caso del electromagnetismo, la frontera entre la ciencia y la tecnología no está bien delmltada; de hecho, es dificil hablar de frontera.

Y es que las dos están tan interrelacionadas que no puede avanzar una sin la ayuda de la otra. Esta mancuerna ha sido la base de la civilización moderna. II. LA ELECTRICIDAD HASTA EL AÑO 1800 DESDE tiempos inmemoriales el hombre se dio cuenta de que después de frotar con paño un tipo de resma llamada ámbar, ésta adquiría la capacidad de atraer algunos objetos ligeros, como trozos de papel. La historia registra a Tales de Mileto, filósofo y matemático griego, que vivió hace unos 2 600 años, como el primero que hizo experimentos de esta naturaleza, aunque es bastante probable que desde antes se conociese este tipo de fenómeno.

En griego, ámbar se dice elektron y de esta palabra se deriva electricidad. Durante muchos siglos este tipo de experiencias no fueron sino meras curiosidades lectricidad. Durante muchos siglos este tipo de experiencias no fueron sino meras curiosidades. Hacia principios del siglo XVIII se inició la investigación detallada de los fenómenos eléctricos. Entre 1729 y 1736 dos científicos ingleses, Stephen Gray (1696-1736) y Jean Desaguliers (1683-1744) dieron a conocer los resultados de una serie de experimentos eléctricos muy cuidadosos.

Encontraron que si unían por medio de un alambre metálico un tubo de vidrio previamente frotado con un trozo de corcho, éste se electrificaba. Comprobaron que el corcho se electrificaba ya que al acercarle rozos de papel éstos eran atraídos por él. Este fenómeno persistía aun si el vidrio y el corcho se separaban a distancias de 300 metros. Si en lugar de efectuar la unión con un alambre metálico empleaban un hilo de seda, el corcho no se electrificaba.

Además descubrieron que si la línea de transmisión hacía contacto con el suelo, o sea con la tierra, el corcho dejaba de electrificarse. Con todos estos experimentos llegaron a la conclusión de que la electrificación era un efecto que se presentaba en la superficie de los cuerpos, en donde aparec[a lo que llamaron una «virtud» o fluido» eléctrico al que en la actualidad se le llama carga eléctrica. Encontraron que la carga eléctrica podía moverse libremente de un cuerpo a otro a través de ciertos materiales que llamaron conductores (el cuerpo humano, los metales, el aire húmedo, etc. . También existen materiales que no conducen electricidad, a los que se llama aisladores o no-conductores (la madera, la seda, la cerámica, etcétera). Un científico francés, François d no-conductores (la madera, la seda, la cerámica, etcétera). Un científico francés, François du Fay (1698-1739), hizo otro tipo e experimentos que reportó entre 1733 y 1734. Frotó con tela de seda dos tubos de vidrio iguales. Al acercar los tubos vio que siempre se repelían. Así concluyó que dos materiales idénticos se repelan cuando se electrifican en formas idénticas.

Como cada uno de los tubos adquiere el mismo tipo de carga se puede afirmar que cargas iguales se repelen. El mismo François du Fay hizo muchos otros experimentos con diferentes materiales y llegó a la conclusión de que existen dos tipos de electricidad; a una la llamó vitrosa (la que aparece cuando se frota con seda el vidrio) y a la otra resinosa (la que parece cuando se frota al hule con piel). Durante la siguiente década, Benjamín Franklin (1706-1790)) realizó estos mismos descubrimientos en Estados Unidos, sin conocer los trabajos del francés.

Según él, el vidrio electrificado había adquirido un exceso de fluido (carga) eléctrico, y le llamó a este estado positivo. Al estado de la seda con la que frotó el vidrio lo llamó negativo, pues consideraba que había tenido una deficiencia de fluido (carga) eléctrico. Esta terminología de Franklin es la que se utiliza hasta hoy en día, aunque no se acepten las ideas con que la concibió este científico. En resumen, existen en la naturaleza dos tipos de cargas eléctricas: positiva y negativa.

Además, se puede concluir de una multitud de resultados experimentales que dos cargas eléctricas del mismo tipo (negativa-negativa o positiva-positiva) se repelen, mientras que dos cargas de mientras que dos cargas de tipos distintos (positiva-negativa) se atraen. No fue sino hasta fines del siglo XVIII, en 1785, que el ingeniero militar francés Charles Auguste Coulomb (1736-1806) pudo medir con bastante precisión las características de las fuerzas entre partículas eléctricamente cargadas. Para ello utilizó un péndulo e torsión (Figura 1) que consiste en una barra Ag que está sujeta por medio de un alambre vertical.

Cuando uno de los extremos experimenta una fuerza, la barra gira y hace que el alambre se tuerza. Midiendo el ángulo que gira el alambre se puede determinar la magnitud de la fuerza que experimentó el extremo de la barra. Coulomb colocó en el extremo A de su péndulo una carga y acercó otra carga C. Cambiando los valores de las cargas y manteniendo la distancia entre Ay C fija, encontró que mientras más grande es cada una de las cargas, mayor es la magnitud de la fuerza entre ellas (ya sea de atracción si las cargas son puestas, o de repulsión si son iguales).

De hecho, si una de las cargas aumenta al doble, la fuerza aumenta al doble, si la carga aumenta al triple, la fuerza aumenta al triple y así sucesivamente. Además, mientras más separadas estén las cargas, menor será la fuerza. Asi si la distancia entre Ay C aumenta al doble, la fuerza disminuye a la cuarta parte; si la distancia aumenta al triple, la fuerza disminuye a la novena parte, etc. Este conjunto de resultados recibe el nombre de ley de Coulomb. Figura 1 . Aparato diseñado por Coulomb para medir la fuerza entre cargas eléctricas. Regr