1.1: Preludio a Campos Eléctricos

Este es el primero de una serie de capítulos sobre electricidad y magnetismo. Gran parte de ella estará dirigida a un nivel introductorio adecuado para alumnos de primer o segundo año, o quizás algunas partes también puedan ser útiles a nivel de preparatoria. Ocasionalmente, como me siento inclinado, iré un poco más allá de un nivel introductorio, aunque el texto no será suficiente para quien persiga la electricidad y el magnetismo en una clase de honores de tercer o cuarto año. Por otra parte, los alumnos que se embarquen en esas clases avanzadas serán bien aconsejados para conocer y comprender el contenido de estas notas más elementales antes de comenzar.

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

Este conjunto de notas se ocupará principalmente de una descripción de la electricidad y el magnetismo como fenómenos naturales, y será tratado desde el punto de vista de un científico “puro”. No se ocupará de los innumerables dispositivos eléctricos que utilizamos en nuestra vida cotidiana: cómo funcionan, cómo se diseñan y cómo se construyen. Estos asuntos son para ingenieros eléctricos y electrónicos. Entonces, podría preguntarse, si su interés primordial por la electricidad es entender cómo funcionan las máquinas, los instrumentos y los equipos eléctricos, ¿tiene algún sentido estudiar la electricidad desde el enfoque muy “académico” y abstracto que se utilizará en estas notas, completamente divorciadas como parecen ser del mundo de la realidad práctica? La respuesta es que los ingenieros eléctricos más que nadie deben entender los principios científicos básicos antes incluso de que comiencen a aplicarlos al diseño de electrodomésticos prácticos. Entonces, ni siquiera pienses en ingeniería eléctrica hasta que no tengas un conocimiento profundo de los principios científicos básicos del tema.

En este capítulo se abordan los fenómenos básicos, definiciones y ecuaciones relativas a los campos eléctricos.