Introducción al electromagnetismo - Editorial Patria

1 Introducci n alelectromagnetismoUn enfoque constructivistabasado en competenciasPRIMERA EDICI N EBOOKM XICO, 2014 GRUPO Editorial 15/19/09 4:09:55 PMAntonio Lara Barrag n G mezUniversidad de GuadalajaraUniversidad PanamericanaH ctor N ez TrejoUniversidad de GuadalajaraGuillermo Cerpa Cort sUniversidad de GuadalajaraMar a Elena Rodr guez P rezUniversidad de GuadalajaraDirecci n Editorial : Javier Enrique CallejasCoordinaci n Editorial : Estela Delf n Ram rezDise o de interiores: Braulio Morales S nchez (Milcom)Dise o de portada: Ana Vir ginia Esparza Pruneda (Factor02)Ilustraciones: Arturo D.

2 Ram rez (Nemesis)Fotograf as: Jupiter Images CorporationRevisi n t cnicaM. en C. Gustavo P rez L pez Departamento de Ingenier a El ctricaInstituto Tecnol gico de Estudios Superiores de Monterrey, Campus Estado de M xicoIntroducci n al electromagnetismoUn enfoque constructivista basado en competenciasDerechos reservados: 2014, Antonio Lara-Barrag n G mez, H ctor N ez Trejo, Guillermo Cerpa Cort s y Mar a Elena Rodr guez P rez 2014, GRUPO Editorial P ATRIA, DE 180, Colonia San Juan Tlihuaca,Delegaci n Azcapotzalco, C digo Postal 02400, M xico, de la C mara Nacional de la Industria Editorial MexicanaRegistro n m.

3 43 ISBN ebook: 978-607-438-922-7 Queda prohibida la reproducci n o transmisi n total o parcial del contenido de la presente obra en cualesquiera formas, sean electr nicas o mec nicas, sin el consentimiento previo y por escrito del en M xicoPrinted in MexicoPrimera edici n ebook: 25/19/09 4:09:58 PMiiiAcerca de los autoresAntonio LArA BArrAg n g mezLicenciatura y Maestr a en F sica, Maestr a en Pedagog a. Profesor de tiempo com-pleto del Departamento de F sica del Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenier as de la Universidad de Guadalajara y profesor de tiempo parcial de la Escuela de Ingenier a Industrial e Innovaci n de Negocios de la Universidad Pana-mericana campus ctor n ez trejoIngeniero Qu mico.

4 Profesor de medio tiempo del Departamento de F sica del Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenier as de la Universidad de cerpA cort sIngeniero Civil. Especialidad en F sica Educativa, Maestr a en An lisis de Sistemas Industriales. Profesor de tiempo completo del Departamento de F sica del Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenier as de la Universidad de A eLenA rodr gUez p rezIngeniero Qu mico, Maestr a en Ciencias de la Educaci n; Doctorado en Ciencias del Comportamiento. Profesor de asignatura del Departamento de F sica del Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenier as de la Universidad de 35/19/09 4:09:58 PMivPresentaci nLa electricidad y el magnetismo son dos ciencias f sicas que nacieron y se desarro-llaron como reas independientes hasta mediados del siglo XIX.

5 La electricidad est asociada con fen menos cotidianos como los rayos, los destellos luminosos que aparecen cuando se frotan algunos materiales, o las descargas el ctricas que sirven al pez torpedo para aturdir a sus presas. El magnetismo, por su parte, est vincu-lado con el uso de imanes; piedras descritas en la antig edad como aquellas que ten an el misterioso poder de atraer al hierro. Tanto los fen menos el ctricos como los magn ticos eran conocidos desde los antiguos griegos en el a o 700 Desde entonces, muchos fil sofos y hombres de ciencia han dedicado sus reflexiones e investigaciones para buscar una mejor comprensi n de tales fen menos.

6 En el desarrollo de la electricidad y el magnetismo, se han establecido m ltiples hip tesis acerca de su naturaleza. Algunas de las conjeturas probaron ser impreci-sas y otras impulsaron la reflexi n te rica hacia conclusiones impresionantes. En el rea de electricidad, se han documentado ideas que pueden calificarse de irrisorias a la luz de los conocimientos actuales. Por ejemplo, al inicio del siglo xviii, las inves-tigaciones cient ficas buscaban la forma de condensar el fluido el ctrico (concepci n considerada hoy en d a como imprecisa) para no perder la electricidad generada por las m quinas basadas en el frotamiento de cuerpos.

7 Esto llev a la invenci n ac-cidental del primer capacitor (dispositivo para almacenar energ a el ctrica) en 1745 por el cl rigo alem n E. G. Von Kleist, despu s de recibir varias sacudidas por des-cargas el ctricas. Aunque las consideraciones te ricas no eran correctas del todo, se pudo desarrollar un dispositivo el ctrico de uso com n a n en nuestros d ejemplo. En 1780, el fisi logo italiano Luigi Galvani (1737-1798) not que los m sculos de una rana disecada se contra an como respuesta a las descargas el ctricas y postul que la electricidad ten a un origen animal.

8 La explicaci n de Galvani en t rminos de la electricidad animal fue rebatida por el f sico Alessandro Volta (1745-1827), quien lleg a la conclusi n de que el fen meno observado por Galvani era resultado de poner dos metales en contacto a trav s de un fluido con-ductor. La rana, en los experimentos de Galvani, s lo proporcionaba el medio acuo-so conductor. As , en 1799, Volta anunci la invenci n de la pila voltaica con la que se pudo producir una corriente el ctrica continua por primera vez. 45/19/09 4:09:58 PM Sin embargo, la conjetura que cambiar a el rumbo de la electricidad y el mag-netismo fue aquella creencia metaf sica que postulaba la unidad de las fuerzas de la naturaleza.

9 En especial, se cre a que la electricidad y el magnetismo estaban interconectados de alguna manera. El profesor dan s Hans Christian Oersted (1777-1851) compart a esta creencia y, en 1820, demostr que una corriente el ctrica en un alambre desviaba la aguja de una br jula cercana. Oersted no fue el primero en observar una interconexi n entre electricidad y magnetismo. Ya otros cient ficos hab an intentado, por ejemplo, suspender una pila voltaica de una cuerda para ver si se orientaba como br jula. De hecho, el jurista italiano Gian Domenico Romag-nosi, en 1802, public una experiencia similar a la reportada por Oersted pero no tuvo un impacto en el desarrollo cient fico, probablemente porque se public en un peri dico de poca difusi s de que Oersted probara de manera contundente que un fen meno el ctrico puede afectar a uno magn tico, surgi la pregunta de que si era posible un efecto inverso; que el magnetismo tuviera una influencia en la electricidad.

10 La respuesta fue que s : es posible producir una corriente el ctrica en un conductor sin necesidad de usar pilas voltaicas (o cualquier otro dispositivo el ctrico para ge-nerar corriente) y, para ello, se requiere de un movimiento relativo entre un im n y el alambre conductor. Esta respuesta la proporcionaron en 1831 Michael Faraday (1791-1867) en Inglaterra y Joseph Henry (1797-1878) en Estados Unidos quienes trabajaron de manera independiente sin saber uno sobre los experimentos del otro. El 27 de octubre de 1864, un alumno de Faraday, el f sico brit nico James Clerk Maxwell present a las sociedades cient ficas de Europa el trabajo titulado Teor a din mica del campo electromagn tico con el que unific las teor as de la electricidad y el magnetismo.