Capiacutetulo 5

La edad de la electricidad

1 Primeros descubrimientos

Renacimiento Sir William Gilbert interacciones magneacuteticas nuestro globo puede ser considerado como un imaacuten con sus polos norte y sur geograacuteficos

Karl Friedrich Gauss magnetismo terrestre

Newton movimiento de los planetas y la botella de Leyden

El electroscopio revela la presencia de una carga eleacutectrica construido 1705 por Haukesbee Cuando la varilla se cargaba con electricidad ambas pajas se cargaban con la misma clase de electricidad y se separaban una de otra

La botella de Leyden 1745 estaba destinada a acumular grandes cantidades de electricidad

Benjamin Franklin enviando cometas con cuerda humeda (conductor) a las nubes tormentosas para recoger electricidad de ellas

2 La ley de las fuerzas eleacutectricas y magneacuteticas

siglo XVII Coulomb balanza de torsioacuten para medir fuerzas muy deacutebiles la fuerza eleacutectrica haraacute que la varilla gire hasta que la torsioacuten del hilo equilibre la fuerza actuante Cargando la esfera moacutevil y la inmoacutevil con distintas cantidades de electricidad y variando la distancia entre ellas Coulomb descubrioacute la ley que lleva su nombre seguacuten la cual las fuerzas de atraccioacuten y repulsioacuten eleacutectricas son directamente proporcionales al cuadrado de las dos cargas e inversamente proporcionales al cuadrado de la distancia entre ellas Por virtud de esta ley se puede definir una unidad electrostaacutetica de carga como la carga que actuacutea con la fuerza de 1 dina sobre una carga igual situada a la distancia de 1 cm En la praacutectica se emplea una unidad mucho mayor de carga eleacutectrica llamada coulomb que es igual a tres mil millones de la pequentildea unidad electrostaacutetica que acabamos de definir Mediante la misma balanza de torsioacuten y suspendiendo del hilo un imaacuten con otro imaacuten situado verticalmente a traveacutes del techo de la caja Coulomb demostroacute que la misma ley rige para las interacciones magneacuteticas Seguacuten esto una unidad de magnetizacioacuten se define como la fuerza de un polo magneacutetico que atrae o repele con la fuerza de 1 dina un polo de igual fuerza situado a la distancia de 1 cm

Henry Cavendish leyes de las interacciones eleacutectricas y magneacuteticas al mismo tiempo que Coulomb

3 Una descarga de una anguila eleacutectrica

siglo XVIII Se observoacute que la descarga soacutelo se produciacutea cuando se tocaba la parte superior de la cabeza del pez y la parte inferior del cuerpo con una mano Luigi Galvani una horquilla con un diente de cobre y otro de hierro con los cuales tocaba el nervio y el muacutesculo de la pata de la rana La pata se contraiacutea raacutepidamente a cada toque Alejandro Volta soldando dos alambres de metales diferentes se sumergen en una disolucioacuten acuosa de una sal Volta llamoacute galvanismo rdquopila de Volta compuesta de un gran nuacutemero de rodajas alternativamente de cobre hierro o cinc separadas por capas de pantildeo impregnado de una disolucioacuten salina El voltio una unidad de potencial eleacutectrico El trabajo que ha de ser efectuado para aumentar la carga de la esfera mayor en una unidad de electricidad es lo que se llama su potencial eleacutectrico Si la carga eleacutectrica se mide en culombios y el trabajo en julios el potencial eleacutectrico se mediraacute en voltios

1

4 Electromagnetismo

El puente entre la electricidad y el magnetismo corresponde a Hans Oersted que construyoacute una pila eleacutectrica propia Prueba con electricidad que se mueva a lo largo de un alambre de platino que conecta los dos polos de la pila de Volta y situoacute una aguja de bruacutejula a poca distancia La aguja giroacute y se quedoacute quieta en la direccioacuten perpendicular al alambre La direccioacuten en que la bruacutejula se orientaba dependiacutea de la direccioacuten en que corriacutea la electricidad por el alambre

Andreacute Marie Ampegravere encontroacute que no soacutelo una corriente eleacutectrica actuacutea sobre una aguja magneacutetica sino que tambieacuten dos corrientes actuacutean una sobre otra producieacutendose una atraccioacuten entre dos alambres paralelos que transportan corrientes eleacutectricas en el caso de que las corrientes vayan en la misma direccioacuten y una repulsioacuten si las direcciones de las dos corrientes son contrarias Demostroacute tambieacuten que una espiral de alambre de cobre que puede girar libremente en torno de un eje vertical se orienta en la direccioacuten Norte-Sur si la corriente sigue la misma direccioacuten que la aguja de la bruacutejula Y que dos espirales o bobinas interactuacutean una sobre otra de la misma manera que dos varillas imanadas Consideran que las propiedades magneacuteticas de los aacutetomos y moleacuteculas son debidas a electrones que giran en torno al nuacutecleo o giran raacutepidamente en torno a sus propios ejes Un amperio se define como la corriente que transporta 1 culombio por segundo a traveacutes de la seccioacuten transversal de un alambre

5 Las leyes del circuito eleacutectrico

George Simon Ohm en queacute medida la fuerza de la corriente eleacutectrica depende del material del alambre por donde corre y el potencial eleacutectrico que la mantiene corriendo Utilizo pilas de Volta en serie y un galvanoacutemetro que mediacutea la fuerza de la corriente eleacutectrica por la desviacioacuten que produciacutea en la aguja magneacutetica Por el empleo de alambres de diferentes longitudes y diferentes secciones transversales encontroacute que la FUERA DE LA CORRIENTE es directamente proporcional a la seccioacuten transversal del alambre inversamente proporcional a su longitud y depende del material de que estaacute hecho es proporcional a la diferencia de potenciales eleacutectricos entre los dos extremos dados por el nuacutemero de pilas de Volta conectadas en serie que impulsan la corriente a traveacutes del alambre e inversamente proporcional a la resistencia del alambre Introdujo el concepto de resistencia eleacutectrica la cual depende de su material y es directamente proporcional a su seccioacuten transversal e inversamente proporcional a su longitud

La ley de Ohm puede ser expresada por dos foacutermulas sencillas

111308811130881113088111308811130881113088 11130881113088 11130881113088 111308811130881113088111308811130881113088111308811130881113088 1113088 1113088111308811130881113088111308811130881113088111308811130881113088 11130881113088111308811130881113088111308811130881113088 en donde C es una constante

caracteriacutestica para el material empleado

En su honor la unidad de resistencia eleacutectrica se llama 1 ohmio y es la resistencia que produce una corriente de 1 amperio bajo la diferencia de potencial eleacutectrico de 1 voltio A veces en lugar de resistencia eleacutectrica se habla de conductibilidad eleacutectrica que es exactamente lo inverso Y con bastante propiedad la unidad de conductibilidad eleacutectrica se llama mho es decir lo inverso de ohm

2

6 Descubrimientos de Faraday

Michael Faraday rdquofiacutesica modernardquo construiacute una maacutequina eleacutectrica primero con un frasco de cristal y despueacutes con un verdadero cilindro

Descubrimiento de la descomposicioacuten quiacutemica por medio de la corriente eleacutectrica o electrolisis Sobre este fenoacutemeno descubrioacute dos leyes fundamentales que llevan su nombre La primera para una dada solucioacuten la cantidad de material depositado sobre los electrodos es proporcional a la cantidad total de electricidad (es decir la fuerza de la corriente multiplicada por el tiempo) que pasa a traveacutes de la solucioacuten Esto significa que las moleacuteculas cargadas (que despueacutes se llamaron iones) que transportan la electricidad a traveacutes de las soluciones liacutequidas tienen una carga eleacutectrica exactamente definida

Conforme a la segunda ley de Faraday los iones monovalentes de sustancias diferentes transportan tambieacuten igual cantidad de electricidad mientras que los iones bi-tri-etc-valentes transportan cargas correspondientemente mayores

Figura 24 Demostracioacuten de las leyes de la electrolisis de-Faraday Si se hace pasar una corriente eleacutectrica a traveacutes de soluciones de nitrato de plata sulfato de cobre y cloruro de aluminio los metales se depositan en los electrodos negativos La cantidad de metales depositados es proporcional a la cantidad de electricidad que pasa a traveacutes de las soluciones (primera ley de Faraday) Tambieacuten se ha visto que si la cantidad de plata depositada es de 108 gramos (peso atoacutemico de la plata) la cantidad de cobre depositado es soacutelo de 317 gramos (la mitad del peso atoacutemico del cobre) y la cantidad de aluminio depositado es soacutelo de q gramos (un tercio del peso atoacutemico del aluminio) Como la misma cantidad de electricidad pasa a traveacutes de los tres vasos se deduce que el ioacuten de cobre transporta el doble de la carga eleacutectrica transportada por el aacutetomo de plata y el ioacuten de aluminio transporta tres veces maacutes Esto coincide con la equivalencia quiacutemica de los tres metales como se ve en las foacutermulas que figuran en la parte superior del diagrama Esta es la segunda ley de Faraday

Descubrimiento maacutes importante el de la induccioacuten electromagneacutetica

Asiacute la corriente eleacutectrica en una espiral puede inducir una corriente en otra espiral situada cerca del mismo modo que una carga eleacutectrica induce la polarizacioacuten eleacutectrica de otro cuerpo cercano Pero mientras en el caso de la polarizacioacuten eleacutectrica el efecto es estaacutetico y dura tanto como los dos cuerpos permanezcan cerca uno de otro la induccioacuten de la corriente eleacutectrica es un proceso dinaacutemico y la corriente en la segunda bobina persiste uacutenicamente de cero a su valor normal o disminuye desde este valor a cero

3

La varilla magneacutetica fue introducida raacutepidamente en toda la longitud y la aguja del galvanoacutemetro se movioacute despueacutes al sacar la varilla la aguja se movioacute otra vez pero en la direccioacuten contraria la aguja indicadora tendiacutea a situarse paralelamente al imaacuten excitador estando en el mismo lado del alambre y los polos del mismo nombre en la misma direccioacuten La longitud de la heacutelice es inverso al efecto en el galvanoacutemetro

El efecto Faradayrdquo Rotacioacuten del plano de polarizacioacuten de la luz cuando pasa a traveacutes de materias transparentes situadas en un campo magneacutetico Descubrioacute el efecto magneto-oacuteptico gracias a una pieza de vidrio boro silicato de plomo que colocoacute encima de los polos de un electroimaacuten Cuando pasaba la luz polarizada a traveacutes del cristal y estableciacutea el campo magneacutetico observoacute que el plano de polarizacioacuten de la luz cambiaba iacutentima relacioacuten entre las ondas de luz que son ondas electromagneacuteticas muy cortas y las corrientes eleacutectricas dentro de los aacutetomos individuales Am-pegravere rotacioacuten de electrones atoacutemicos en torno del nuacutecleo central Consideremos dos aacutetomos ideacutenticos situados en un campo magneacutetico de tal manera que un electroacuten circula en la direccioacuten de las agujas del reloj y el otro en direccioacuten contraria En un caso el campo magneacutetico ejerceraacute sobre el electroacuten en movimiento una fuerza dirigida hacia el nuacutecleo mientras en el otro caso la fuerza se ejerceraacute en direccioacuten contraria Asiacute en el primer caso el diaacutemetro de la oacuterbita del electroacuten dis-minuiraacute y la frecuencia de rotacioacuten aumentaraacute mientras en el segundo caso ocurriraacute lo contrario Esta diferencia de comportamiento entre las corrientes intra- atoacutemicas en la direccioacuten de las agujas de un reloj y en la opuesta afectaraacute la propagacioacuten de las ondas electromagneacuteticas (luz) a traveacutes del material y puede demostrarse que el resultado seraacute la rotacioacuten del plano de polarizacioacuten observado por Faraday

7 Campo electromagneacutetico

Las fuerzas entre objetos separados por espacios vaciacuteos pueden ser ahora consideradas como el resultado de interacciones inmediatas entre los campos que los rodean

El trabajo de dar a las ideas de Faraday una formulacioacuten matemaacutetica cuantitativa fue realizado por el famoso escoceacutes James Clerk Maxwell Generalizando el hecho empiacuterico de que el cambio de los campos magneacuteticos inducen fuerzas electromotrices y corrientes eleacutectricas en los conductores mientras que los campos eleacutectricos cambiantes y las corrientes eleacutectricas producen campos magneacuteticos escribioacute las famosas ecuaciones que llevan su nombre que relacionan el valor del cambio del campo magneacutetico con la distribucioacuten espacial del campo eleacutectrico y viceversa

Las liacuteneas de fuerza estaacuten en el plano que pasa a traveacutes del alambre mientras que las liacuteneas magneacuteticas son perpendiculares a eacutel los vectores eleacutectrico y magneacutetico de la onda propagada son perpendiculares entre siacute lo mismo que a la direccioacuten de la propagacioacuten La existencia de estas ondas fue confirmada experimentalmente en 1888 por el fiacutesico alemaacuten Heinrich Hertz poco despueacutes de haberlas predicho Maxwell y condujo al desarrollo de la teacutecnica de la radiocomunicacioacuten

Campo eleacutectrico debe ser definida como el campo que actuacutea con fuerza de 1 dina sobre una unidad de carga eleacutectrica situada en eacutel La unidad de polo magneacutetico y la unidad de campo magneacutetico se definen de modo anaacutelogo

La unidad de carga eleacutectrica definida con arreglo a la ley de Coulomb sobre la atraccioacuten y repulsioacuten eleacutectrica (la primera de las dos definiciones citadas) se conoce como unidad electrostaacutetica (esu) mientras que la unidad de carga definida seguacuten la ley de Oersted sobre la accioacuten de la corriente eleacutectrica sobre un polo magneacutetico es conocida como unidad

electromagneacutetica (emu) Una unidad electromagneacutetica es igual a 3 x 1010

unidades electrostaacuteticas de suerte que una corriente que transporta 1 unidad electrostaacutetica por segundo

ejerce una fuerza tan soacutelo de 1(3 x 1010

) dinas sobre una unidad de polo situada a 1 cm mientras que dos cuerpos cargados con una unidad electromagneacutetica cada uno y situados a una

distancia de 1 cm se repeleraacuten con una fuerza de 3 x 1010

dinas

4

Y la aplicacioacuten de estas ecuaciones para describir la propagacioacuten de las ondas electromagneacuteticas llevoacute a la conclusioacuten de que la velocidad de propagacioacuten es numeacutericamente igual a la razoacuten de las

dos unidades es decir 3 x 1010

cm por segundo Y he aquiacute que esta cifra coincide exactamente con la velocidad de la luz en el vaciacuteo esto debe significar que las ondas de luz son efectivamente ondas electromagneacuteticas de longitud muy corta y este pensamiento condujo la teoriacutea electromagneacutetica de la luz

5

4 Electromagnetismo

El puente entre la electricidad y el magnetismo corresponde a Hans Oersted que construyoacute una pila eleacutectrica propia Prueba con electricidad que se mueva a lo largo de un alambre de platino que conecta los dos polos de la pila de Volta y situoacute una aguja de bruacutejula a poca distancia La aguja giroacute y se quedoacute quieta en la direccioacuten perpendicular al alambre La direccioacuten en que la bruacutejula se orientaba dependiacutea de la direccioacuten en que corriacutea la electricidad por el alambre

Andreacute Marie Ampegravere encontroacute que no soacutelo una corriente eleacutectrica actuacutea sobre una aguja magneacutetica sino que tambieacuten dos corrientes actuacutean una sobre otra producieacutendose una atraccioacuten entre dos alambres paralelos que transportan corrientes eleacutectricas en el caso de que las corrientes vayan en la misma direccioacuten y una repulsioacuten si las direcciones de las dos corrientes son contrarias Demostroacute tambieacuten que una espiral de alambre de cobre que puede girar libremente en torno de un eje vertical se orienta en la direccioacuten Norte-Sur si la corriente sigue la misma direccioacuten que la aguja de la bruacutejula Y que dos espirales o bobinas interactuacutean una sobre otra de la misma manera que dos varillas imanadas Consideran que las propiedades magneacuteticas de los aacutetomos y moleacuteculas son debidas a electrones que giran en torno al nuacutecleo o giran raacutepidamente en torno a sus propios ejes Un amperio se define como la corriente que transporta 1 culombio por segundo a traveacutes de la seccioacuten transversal de un alambre

5 Las leyes del circuito eleacutectrico

George Simon Ohm en queacute medida la fuerza de la corriente eleacutectrica depende del material del alambre por donde corre y el potencial eleacutectrico que la mantiene corriendo Utilizo pilas de Volta en serie y un galvanoacutemetro que mediacutea la fuerza de la corriente eleacutectrica por la desviacioacuten que produciacutea en la aguja magneacutetica Por el empleo de alambres de diferentes longitudes y diferentes secciones transversales encontroacute que la FUERA DE LA CORRIENTE es directamente proporcional a la seccioacuten transversal del alambre inversamente proporcional a su longitud y depende del material de que estaacute hecho es proporcional a la diferencia de potenciales eleacutectricos entre los dos extremos dados por el nuacutemero de pilas de Volta conectadas en serie que impulsan la corriente a traveacutes del alambre e inversamente proporcional a la resistencia del alambre Introdujo el concepto de resistencia eleacutectrica la cual depende de su material y es directamente proporcional a su seccioacuten transversal e inversamente proporcional a su longitud

La ley de Ohm puede ser expresada por dos foacutermulas sencillas

111308811130881113088111308811130881113088 11130881113088 11130881113088 111308811130881113088111308811130881113088111308811130881113088 1113088 1113088111308811130881113088111308811130881113088111308811130881113088 11130881113088111308811130881113088111308811130881113088 en donde C es una constante

caracteriacutestica para el material empleado

En su honor la unidad de resistencia eleacutectrica se llama 1 ohmio y es la resistencia que produce una corriente de 1 amperio bajo la diferencia de potencial eleacutectrico de 1 voltio A veces en lugar de resistencia eleacutectrica se habla de conductibilidad eleacutectrica que es exactamente lo inverso Y con bastante propiedad la unidad de conductibilidad eleacutectrica se llama mho es decir lo inverso de ohm

2

6 Descubrimientos de Faraday

Michael Faraday rdquofiacutesica modernardquo construiacute una maacutequina eleacutectrica primero con un frasco de cristal y despueacutes con un verdadero cilindro

Descubrimiento de la descomposicioacuten quiacutemica por medio de la corriente eleacutectrica o electrolisis Sobre este fenoacutemeno descubrioacute dos leyes fundamentales que llevan su nombre La primera para una dada solucioacuten la cantidad de material depositado sobre los electrodos es proporcional a la cantidad total de electricidad (es decir la fuerza de la corriente multiplicada por el tiempo) que pasa a traveacutes de la solucioacuten Esto significa que las moleacuteculas cargadas (que despueacutes se llamaron iones) que transportan la electricidad a traveacutes de las soluciones liacutequidas tienen una carga eleacutectrica exactamente definida

Conforme a la segunda ley de Faraday los iones monovalentes de sustancias diferentes transportan tambieacuten igual cantidad de electricidad mientras que los iones bi-tri-etc-valentes transportan cargas correspondientemente mayores

Figura 24 Demostracioacuten de las leyes de la electrolisis de-Faraday Si se hace pasar una corriente eleacutectrica a traveacutes de soluciones de nitrato de plata sulfato de cobre y cloruro de aluminio los metales se depositan en los electrodos negativos La cantidad de metales depositados es proporcional a la cantidad de electricidad que pasa a traveacutes de las soluciones (primera ley de Faraday) Tambieacuten se ha visto que si la cantidad de plata depositada es de 108 gramos (peso atoacutemico de la plata) la cantidad de cobre depositado es soacutelo de 317 gramos (la mitad del peso atoacutemico del cobre) y la cantidad de aluminio depositado es soacutelo de q gramos (un tercio del peso atoacutemico del aluminio) Como la misma cantidad de electricidad pasa a traveacutes de los tres vasos se deduce que el ioacuten de cobre transporta el doble de la carga eleacutectrica transportada por el aacutetomo de plata y el ioacuten de aluminio transporta tres veces maacutes Esto coincide con la equivalencia quiacutemica de los tres metales como se ve en las foacutermulas que figuran en la parte superior del diagrama Esta es la segunda ley de Faraday

Descubrimiento maacutes importante el de la induccioacuten electromagneacutetica

Asiacute la corriente eleacutectrica en una espiral puede inducir una corriente en otra espiral situada cerca del mismo modo que una carga eleacutectrica induce la polarizacioacuten eleacutectrica de otro cuerpo cercano Pero mientras en el caso de la polarizacioacuten eleacutectrica el efecto es estaacutetico y dura tanto como los dos cuerpos permanezcan cerca uno de otro la induccioacuten de la corriente eleacutectrica es un proceso dinaacutemico y la corriente en la segunda bobina persiste uacutenicamente de cero a su valor normal o disminuye desde este valor a cero

3

La varilla magneacutetica fue introducida raacutepidamente en toda la longitud y la aguja del galvanoacutemetro se movioacute despueacutes al sacar la varilla la aguja se movioacute otra vez pero en la direccioacuten contraria la aguja indicadora tendiacutea a situarse paralelamente al imaacuten excitador estando en el mismo lado del alambre y los polos del mismo nombre en la misma direccioacuten La longitud de la heacutelice es inverso al efecto en el galvanoacutemetro

El efecto Faradayrdquo Rotacioacuten del plano de polarizacioacuten de la luz cuando pasa a traveacutes de materias transparentes situadas en un campo magneacutetico Descubrioacute el efecto magneto-oacuteptico gracias a una pieza de vidrio boro silicato de plomo que colocoacute encima de los polos de un electroimaacuten Cuando pasaba la luz polarizada a traveacutes del cristal y estableciacutea el campo magneacutetico observoacute que el plano de polarizacioacuten de la luz cambiaba iacutentima relacioacuten entre las ondas de luz que son ondas electromagneacuteticas muy cortas y las corrientes eleacutectricas dentro de los aacutetomos individuales Am-pegravere rotacioacuten de electrones atoacutemicos en torno del nuacutecleo central Consideremos dos aacutetomos ideacutenticos situados en un campo magneacutetico de tal manera que un electroacuten circula en la direccioacuten de las agujas del reloj y el otro en direccioacuten contraria En un caso el campo magneacutetico ejerceraacute sobre el electroacuten en movimiento una fuerza dirigida hacia el nuacutecleo mientras en el otro caso la fuerza se ejerceraacute en direccioacuten contraria Asiacute en el primer caso el diaacutemetro de la oacuterbita del electroacuten dis-minuiraacute y la frecuencia de rotacioacuten aumentaraacute mientras en el segundo caso ocurriraacute lo contrario Esta diferencia de comportamiento entre las corrientes intra- atoacutemicas en la direccioacuten de las agujas de un reloj y en la opuesta afectaraacute la propagacioacuten de las ondas electromagneacuteticas (luz) a traveacutes del material y puede demostrarse que el resultado seraacute la rotacioacuten del plano de polarizacioacuten observado por Faraday

7 Campo electromagneacutetico

Las fuerzas entre objetos separados por espacios vaciacuteos pueden ser ahora consideradas como el resultado de interacciones inmediatas entre los campos que los rodean

El trabajo de dar a las ideas de Faraday una formulacioacuten matemaacutetica cuantitativa fue realizado por el famoso escoceacutes James Clerk Maxwell Generalizando el hecho empiacuterico de que el cambio de los campos magneacuteticos inducen fuerzas electromotrices y corrientes eleacutectricas en los conductores mientras que los campos eleacutectricos cambiantes y las corrientes eleacutectricas producen campos magneacuteticos escribioacute las famosas ecuaciones que llevan su nombre que relacionan el valor del cambio del campo magneacutetico con la distribucioacuten espacial del campo eleacutectrico y viceversa

Las liacuteneas de fuerza estaacuten en el plano que pasa a traveacutes del alambre mientras que las liacuteneas magneacuteticas son perpendiculares a eacutel los vectores eleacutectrico y magneacutetico de la onda propagada son perpendiculares entre siacute lo mismo que a la direccioacuten de la propagacioacuten La existencia de estas ondas fue confirmada experimentalmente en 1888 por el fiacutesico alemaacuten Heinrich Hertz poco despueacutes de haberlas predicho Maxwell y condujo al desarrollo de la teacutecnica de la radiocomunicacioacuten

Campo eleacutectrico debe ser definida como el campo que actuacutea con fuerza de 1 dina sobre una unidad de carga eleacutectrica situada en eacutel La unidad de polo magneacutetico y la unidad de campo magneacutetico se definen de modo anaacutelogo

La unidad de carga eleacutectrica definida con arreglo a la ley de Coulomb sobre la atraccioacuten y repulsioacuten eleacutectrica (la primera de las dos definiciones citadas) se conoce como unidad electrostaacutetica (esu) mientras que la unidad de carga definida seguacuten la ley de Oersted sobre la accioacuten de la corriente eleacutectrica sobre un polo magneacutetico es conocida como unidad

electromagneacutetica (emu) Una unidad electromagneacutetica es igual a 3 x 1010

unidades electrostaacuteticas de suerte que una corriente que transporta 1 unidad electrostaacutetica por segundo

ejerce una fuerza tan soacutelo de 1(3 x 1010

) dinas sobre una unidad de polo situada a 1 cm mientras que dos cuerpos cargados con una unidad electromagneacutetica cada uno y situados a una

distancia de 1 cm se repeleraacuten con una fuerza de 3 x 1010

dinas

4

Y la aplicacioacuten de estas ecuaciones para describir la propagacioacuten de las ondas electromagneacuteticas llevoacute a la conclusioacuten de que la velocidad de propagacioacuten es numeacutericamente igual a la razoacuten de las

dos unidades es decir 3 x 1010

cm por segundo Y he aquiacute que esta cifra coincide exactamente con la velocidad de la luz en el vaciacuteo esto debe significar que las ondas de luz son efectivamente ondas electromagneacuteticas de longitud muy corta y este pensamiento condujo la teoriacutea electromagneacutetica de la luz

5

6 Descubrimientos de Faraday

Michael Faraday rdquofiacutesica modernardquo construiacute una maacutequina eleacutectrica primero con un frasco de cristal y despueacutes con un verdadero cilindro

Descubrimiento de la descomposicioacuten quiacutemica por medio de la corriente eleacutectrica o electrolisis Sobre este fenoacutemeno descubrioacute dos leyes fundamentales que llevan su nombre La primera para una dada solucioacuten la cantidad de material depositado sobre los electrodos es proporcional a la cantidad total de electricidad (es decir la fuerza de la corriente multiplicada por el tiempo) que pasa a traveacutes de la solucioacuten Esto significa que las moleacuteculas cargadas (que despueacutes se llamaron iones) que transportan la electricidad a traveacutes de las soluciones liacutequidas tienen una carga eleacutectrica exactamente definida

Conforme a la segunda ley de Faraday los iones monovalentes de sustancias diferentes transportan tambieacuten igual cantidad de electricidad mientras que los iones bi-tri-etc-valentes transportan cargas correspondientemente mayores

Figura 24 Demostracioacuten de las leyes de la electrolisis de-Faraday Si se hace pasar una corriente eleacutectrica a traveacutes de soluciones de nitrato de plata sulfato de cobre y cloruro de aluminio los metales se depositan en los electrodos negativos La cantidad de metales depositados es proporcional a la cantidad de electricidad que pasa a traveacutes de las soluciones (primera ley de Faraday) Tambieacuten se ha visto que si la cantidad de plata depositada es de 108 gramos (peso atoacutemico de la plata) la cantidad de cobre depositado es soacutelo de 317 gramos (la mitad del peso atoacutemico del cobre) y la cantidad de aluminio depositado es soacutelo de q gramos (un tercio del peso atoacutemico del aluminio) Como la misma cantidad de electricidad pasa a traveacutes de los tres vasos se deduce que el ioacuten de cobre transporta el doble de la carga eleacutectrica transportada por el aacutetomo de plata y el ioacuten de aluminio transporta tres veces maacutes Esto coincide con la equivalencia quiacutemica de los tres metales como se ve en las foacutermulas que figuran en la parte superior del diagrama Esta es la segunda ley de Faraday

Descubrimiento maacutes importante el de la induccioacuten electromagneacutetica

Asiacute la corriente eleacutectrica en una espiral puede inducir una corriente en otra espiral situada cerca del mismo modo que una carga eleacutectrica induce la polarizacioacuten eleacutectrica de otro cuerpo cercano Pero mientras en el caso de la polarizacioacuten eleacutectrica el efecto es estaacutetico y dura tanto como los dos cuerpos permanezcan cerca uno de otro la induccioacuten de la corriente eleacutectrica es un proceso dinaacutemico y la corriente en la segunda bobina persiste uacutenicamente de cero a su valor normal o disminuye desde este valor a cero

3

La varilla magneacutetica fue introducida raacutepidamente en toda la longitud y la aguja del galvanoacutemetro se movioacute despueacutes al sacar la varilla la aguja se movioacute otra vez pero en la direccioacuten contraria la aguja indicadora tendiacutea a situarse paralelamente al imaacuten excitador estando en el mismo lado del alambre y los polos del mismo nombre en la misma direccioacuten La longitud de la heacutelice es inverso al efecto en el galvanoacutemetro

El efecto Faradayrdquo Rotacioacuten del plano de polarizacioacuten de la luz cuando pasa a traveacutes de materias transparentes situadas en un campo magneacutetico Descubrioacute el efecto magneto-oacuteptico gracias a una pieza de vidrio boro silicato de plomo que colocoacute encima de los polos de un electroimaacuten Cuando pasaba la luz polarizada a traveacutes del cristal y estableciacutea el campo magneacutetico observoacute que el plano de polarizacioacuten de la luz cambiaba iacutentima relacioacuten entre las ondas de luz que son ondas electromagneacuteticas muy cortas y las corrientes eleacutectricas dentro de los aacutetomos individuales Am-pegravere rotacioacuten de electrones atoacutemicos en torno del nuacutecleo central Consideremos dos aacutetomos ideacutenticos situados en un campo magneacutetico de tal manera que un electroacuten circula en la direccioacuten de las agujas del reloj y el otro en direccioacuten contraria En un caso el campo magneacutetico ejerceraacute sobre el electroacuten en movimiento una fuerza dirigida hacia el nuacutecleo mientras en el otro caso la fuerza se ejerceraacute en direccioacuten contraria Asiacute en el primer caso el diaacutemetro de la oacuterbita del electroacuten dis-minuiraacute y la frecuencia de rotacioacuten aumentaraacute mientras en el segundo caso ocurriraacute lo contrario Esta diferencia de comportamiento entre las corrientes intra- atoacutemicas en la direccioacuten de las agujas de un reloj y en la opuesta afectaraacute la propagacioacuten de las ondas electromagneacuteticas (luz) a traveacutes del material y puede demostrarse que el resultado seraacute la rotacioacuten del plano de polarizacioacuten observado por Faraday

7 Campo electromagneacutetico

Las fuerzas entre objetos separados por espacios vaciacuteos pueden ser ahora consideradas como el resultado de interacciones inmediatas entre los campos que los rodean

El trabajo de dar a las ideas de Faraday una formulacioacuten matemaacutetica cuantitativa fue realizado por el famoso escoceacutes James Clerk Maxwell Generalizando el hecho empiacuterico de que el cambio de los campos magneacuteticos inducen fuerzas electromotrices y corrientes eleacutectricas en los conductores mientras que los campos eleacutectricos cambiantes y las corrientes eleacutectricas producen campos magneacuteticos escribioacute las famosas ecuaciones que llevan su nombre que relacionan el valor del cambio del campo magneacutetico con la distribucioacuten espacial del campo eleacutectrico y viceversa

Las liacuteneas de fuerza estaacuten en el plano que pasa a traveacutes del alambre mientras que las liacuteneas magneacuteticas son perpendiculares a eacutel los vectores eleacutectrico y magneacutetico de la onda propagada son perpendiculares entre siacute lo mismo que a la direccioacuten de la propagacioacuten La existencia de estas ondas fue confirmada experimentalmente en 1888 por el fiacutesico alemaacuten Heinrich Hertz poco despueacutes de haberlas predicho Maxwell y condujo al desarrollo de la teacutecnica de la radiocomunicacioacuten

Campo eleacutectrico debe ser definida como el campo que actuacutea con fuerza de 1 dina sobre una unidad de carga eleacutectrica situada en eacutel La unidad de polo magneacutetico y la unidad de campo magneacutetico se definen de modo anaacutelogo

La unidad de carga eleacutectrica definida con arreglo a la ley de Coulomb sobre la atraccioacuten y repulsioacuten eleacutectrica (la primera de las dos definiciones citadas) se conoce como unidad electrostaacutetica (esu) mientras que la unidad de carga definida seguacuten la ley de Oersted sobre la accioacuten de la corriente eleacutectrica sobre un polo magneacutetico es conocida como unidad

electromagneacutetica (emu) Una unidad electromagneacutetica es igual a 3 x 1010

unidades electrostaacuteticas de suerte que una corriente que transporta 1 unidad electrostaacutetica por segundo

ejerce una fuerza tan soacutelo de 1(3 x 1010

) dinas sobre una unidad de polo situada a 1 cm mientras que dos cuerpos cargados con una unidad electromagneacutetica cada uno y situados a una

distancia de 1 cm se repeleraacuten con una fuerza de 3 x 1010

dinas

4

Y la aplicacioacuten de estas ecuaciones para describir la propagacioacuten de las ondas electromagneacuteticas llevoacute a la conclusioacuten de que la velocidad de propagacioacuten es numeacutericamente igual a la razoacuten de las

dos unidades es decir 3 x 1010

cm por segundo Y he aquiacute que esta cifra coincide exactamente con la velocidad de la luz en el vaciacuteo esto debe significar que las ondas de luz son efectivamente ondas electromagneacuteticas de longitud muy corta y este pensamiento condujo la teoriacutea electromagneacutetica de la luz

5

La varilla magneacutetica fue introducida raacutepidamente en toda la longitud y la aguja del galvanoacutemetro se movioacute despueacutes al sacar la varilla la aguja se movioacute otra vez pero en la direccioacuten contraria la aguja indicadora tendiacutea a situarse paralelamente al imaacuten excitador estando en el mismo lado del alambre y los polos del mismo nombre en la misma direccioacuten La longitud de la heacutelice es inverso al efecto en el galvanoacutemetro

El efecto Faradayrdquo Rotacioacuten del plano de polarizacioacuten de la luz cuando pasa a traveacutes de materias transparentes situadas en un campo magneacutetico Descubrioacute el efecto magneto-oacuteptico gracias a una pieza de vidrio boro silicato de plomo que colocoacute encima de los polos de un electroimaacuten Cuando pasaba la luz polarizada a traveacutes del cristal y estableciacutea el campo magneacutetico observoacute que el plano de polarizacioacuten de la luz cambiaba iacutentima relacioacuten entre las ondas de luz que son ondas electromagneacuteticas muy cortas y las corrientes eleacutectricas dentro de los aacutetomos individuales Am-pegravere rotacioacuten de electrones atoacutemicos en torno del nuacutecleo central Consideremos dos aacutetomos ideacutenticos situados en un campo magneacutetico de tal manera que un electroacuten circula en la direccioacuten de las agujas del reloj y el otro en direccioacuten contraria En un caso el campo magneacutetico ejerceraacute sobre el electroacuten en movimiento una fuerza dirigida hacia el nuacutecleo mientras en el otro caso la fuerza se ejerceraacute en direccioacuten contraria Asiacute en el primer caso el diaacutemetro de la oacuterbita del electroacuten dis-minuiraacute y la frecuencia de rotacioacuten aumentaraacute mientras en el segundo caso ocurriraacute lo contrario Esta diferencia de comportamiento entre las corrientes intra- atoacutemicas en la direccioacuten de las agujas de un reloj y en la opuesta afectaraacute la propagacioacuten de las ondas electromagneacuteticas (luz) a traveacutes del material y puede demostrarse que el resultado seraacute la rotacioacuten del plano de polarizacioacuten observado por Faraday

7 Campo electromagneacutetico

Las fuerzas entre objetos separados por espacios vaciacuteos pueden ser ahora consideradas como el resultado de interacciones inmediatas entre los campos que los rodean

El trabajo de dar a las ideas de Faraday una formulacioacuten matemaacutetica cuantitativa fue realizado por el famoso escoceacutes James Clerk Maxwell Generalizando el hecho empiacuterico de que el cambio de los campos magneacuteticos inducen fuerzas electromotrices y corrientes eleacutectricas en los conductores mientras que los campos eleacutectricos cambiantes y las corrientes eleacutectricas producen campos magneacuteticos escribioacute las famosas ecuaciones que llevan su nombre que relacionan el valor del cambio del campo magneacutetico con la distribucioacuten espacial del campo eleacutectrico y viceversa

Las liacuteneas de fuerza estaacuten en el plano que pasa a traveacutes del alambre mientras que las liacuteneas magneacuteticas son perpendiculares a eacutel los vectores eleacutectrico y magneacutetico de la onda propagada son perpendiculares entre siacute lo mismo que a la direccioacuten de la propagacioacuten La existencia de estas ondas fue confirmada experimentalmente en 1888 por el fiacutesico alemaacuten Heinrich Hertz poco despueacutes de haberlas predicho Maxwell y condujo al desarrollo de la teacutecnica de la radiocomunicacioacuten

Campo eleacutectrico debe ser definida como el campo que actuacutea con fuerza de 1 dina sobre una unidad de carga eleacutectrica situada en eacutel La unidad de polo magneacutetico y la unidad de campo magneacutetico se definen de modo anaacutelogo

La unidad de carga eleacutectrica definida con arreglo a la ley de Coulomb sobre la atraccioacuten y repulsioacuten eleacutectrica (la primera de las dos definiciones citadas) se conoce como unidad electrostaacutetica (esu) mientras que la unidad de carga definida seguacuten la ley de Oersted sobre la accioacuten de la corriente eleacutectrica sobre un polo magneacutetico es conocida como unidad

electromagneacutetica (emu) Una unidad electromagneacutetica es igual a 3 x 1010

unidades electrostaacuteticas de suerte que una corriente que transporta 1 unidad electrostaacutetica por segundo

ejerce una fuerza tan soacutelo de 1(3 x 1010

) dinas sobre una unidad de polo situada a 1 cm mientras que dos cuerpos cargados con una unidad electromagneacutetica cada uno y situados a una

distancia de 1 cm se repeleraacuten con una fuerza de 3 x 1010

dinas

4

Y la aplicacioacuten de estas ecuaciones para describir la propagacioacuten de las ondas electromagneacuteticas llevoacute a la conclusioacuten de que la velocidad de propagacioacuten es numeacutericamente igual a la razoacuten de las

dos unidades es decir 3 x 1010

cm por segundo Y he aquiacute que esta cifra coincide exactamente con la velocidad de la luz en el vaciacuteo esto debe significar que las ondas de luz son efectivamente ondas electromagneacuteticas de longitud muy corta y este pensamiento condujo la teoriacutea electromagneacutetica de la luz

5

Y la aplicacioacuten de estas ecuaciones para describir la propagacioacuten de las ondas electromagneacuteticas llevoacute a la conclusioacuten de que la velocidad de propagacioacuten es numeacutericamente igual a la razoacuten de las

dos unidades es decir 3 x 1010

cm por segundo Y he aquiacute que esta cifra coincide exactamente con la velocidad de la luz en el vaciacuteo esto debe significar que las ondas de luz son efectivamente ondas electromagneacuteticas de longitud muy corta y este pensamiento condujo la teoriacutea electromagneacutetica de la luz

5