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Luz Portilla
Luz Portilla
Lic. en Ciencias de la Comunicación Social
Agosto 5, 2017

Historia del magnetismo
Publicado: Agosto 5, 2017

El fenómeno del magnetismo se conoce desde hace miles de años. Las manifestaciones conocidas antiguamente corresponden a los imanes naturales o piedras imán, como la magnetita.

Los griegos reflexionaron sobre las maravillosas propiedades de esa piedra negra, capaz de atraer objetos de hierro. Alrededor del año 600 a.C, Tales de Mileto describió detalladamente al imán.

Dos siglos después, Platón hizo decir a Sócrates que la magnetita no solo atraía anillos de hierro, sino que les impartía un poder similar para atraer a otros anillos, formando cadenas. Este fenómeno es la magnetización por inducción.

El término magnetismo proviene de Magnesia, ciudad de Asia Menor donde abundaba el mineral. Según otra versión, tiene origen en la leyenda del pastor Magnes, quien se quedó pegado a la tierra, porque los clavos de sus zapatos fueron atraídos por la magnetita.

Los antiguos chinos también conocieron las extrañas piedras con el poder de atraer pedazos de mineral ferroso golpeados por un rayo; las usaron en tableros para adivinar la fortuna.

Luego descubrieron el magnetismo terrestre y el resultado tecnológico fue la invención de la brújula. Una aguja de acero frotada con una “piedra magnética” se magnetiza y, al ser suspendida libremente, apunta en dirección Norte-Sur.

Hoang-ti, personaje mítico, construyó una “carroza del Sur”. El fundador del imperio chino perseguía con sus tropas a un príncipe rebelde y se perdió en la niebla. Para orientarse construyó una brújula y atrapó a los rebeldes.

Se dice que los fenicios fueron los primeros en aplicar la energía magnética del imán en sus viajes náuticos, pero la primera referencia clara a un compás marítimo es de finales del siglo XII.

El compás magnético pronto se extendió por Europa. Cristóbal Colón lo usó cuando cruzó el Océano Atlántico, notando que la aguja se desviaba ligeramente del Norte, indicado por las estrellas, y que la desviación cambiaba durante el viaje.

Más de veinte siglos después de las primeras descripciones de fenómenos magnéticos, el inglés William Gilbert de Colchester fundó la ciencia del magnetismo.

Gilbert estudió en Cambridge y fue médico de la Reina Isabel I de Inglaterra. Hizo hincapié en el método experimental, utilizándolo para ahondar en el conocimiento del magnetismo.

En 1600 fue publicada su obra De Magnete un trabajo clave de la revolución científica de esa época. En seis tomos, describió múltiples fenómenos magnéticos.

Dedujo las propiedades de atracción de los polos opuestos y propuso una explicación a las variaciones observadas por Colón: la Tierra es un imán gigante, con sus polos magnéticos a cierta distancia de sus polos geográficos.

En ese entonces, el único magnetismo conocido era el de los magnetos de hierro o imanes naturales. Se creía que el interior de la Tierra estaba magnetizado y los científicos estaban intrigados al descubrir que la dirección de una aguja de compás en un lugar dado se desviaba lentamente, década a década, sugiriendo una lenta variación del campo magnético terrestre.

El astrónomo inglés Edmond Halley, descubridor del cometa que lleva su nombre, propuso que la Tierra contenía un número de conchas esféricas, una dentro de la otra, magnetizadas de forma distinta y rotando lentamente en relación a las otras.

El punto culminante en el desarrollo del magnetismo como ciencia fue alcanzado durante los primeros descubrimientos relativos a la electricidad, que prepararon la síntesis de ambas ciencias en una sola: el electromagnetismo, que reúne las relaciones existentes entre campos magnéticos y corrientes eléctricas.

En 1785, el francés Charles Augustin de Coulomb realizó experimentos cruciales para probar que la fuerza entre dos cargas es proporcional a su producto dividido entre la distancia de separación al cuadrado, conocida como ley del cuadrado inverso.

Desde hacía tiempo se había notado que la brújula cambiaba de dirección cuando los rayos en una tormenta caían cerca de un barco.

A principios del siglo XIX empezó a investigarse la influencia de la electricidad sobre una aguja magnética. Estos experimentos fueron estimulados por la invención de la pila voltaica de Alessandro Volta, alrededor del año 1800.

En 1820, el físico danés Hans Christian Oersted realizó un descubrimiento sorprendente. Siendo profesor de Ciencias en la Universidad de Copenhague, organizó en su casa una demostración científica para estudiantes y amigos.

Planeaba demostrar el calentamiento de un alambre por el flujo de una corriente eléctrica y llevar a cabo demostraciones de magnetismo, para lo cual colocó un compás al lado de la mesa.

Mientras efectuaba su demostración eléctrica, notó que cada vez que era conectada la corriente eléctrica, la aguja del compás se movía. No dijo nada, pero en los meses siguientes trabajó intensamente, intentando comprender el nuevo fenómeno.

La aguja no era atraída ni repelida por el alambre. En cambio, tendía a colocarse en ángulos rectos. Finalmente, publicó sus descubrimientos, sin darles ninguna explicación.

Los experimentos de Oersted causaron sensación y fueron reproducidos por el matemático Dominique François Jean Arago ante la Academia Francesa en París.

Siete días después del reporte, André-Marie Ampère sugirió que el ferromagnetismo era originado por corrientes eléctricas internas y que estas fluían perpendicularmente al eje del imán.

El matemático y físico francés pensó que si la corriente en un alambre ejercía una fuerza magnética en una aguja de compás, dos alambres similares también deberían interactuar magnéticamente. Concluyó que la naturaleza del magnetismo era básicamente una fuerza entre corrientes eléctricas.

En una serie de ingeniosos experimentos, Ampère demostró que la interacción era simple y fundamental: dos corrientes en hilos paralelos que discurren en la misma dirección se atraen y cuando lo hacen en direcciones opuestas se repelen.

Los físicos ingleses les pisaban los talones a sus colegas franceses y así inició una competencia entre ambos lados del Canal de la Mancha, para establecer la prioridad de los resultados.

A diferencia de una barra de ámbar electrizada por frotamiento, que atrae todo tipo de objetos ligeros, un imán ordinario solo ejerce fuerzas magnéticas sobre cierto tipo de materiales, en particular el hierro. Este fue un obstáculo que impidió una aproximación más temprana en el estudio de la electricidad y el magnetismo.

El inglés Michael Faraday demostró que el magnetismo no estaba confinado al hierro, desarrolló la idea del campo magnético y estudió el efecto de las corrientes en imanes y magnetos.

Tras los experimentos de Oersted y la explicación de Ampère, varios científicos intentaron comprobar si era posible crear corriente eléctrica a partir de un campo magnético. Las observaciones iniciales fueron negativas, ya que no pudo detectarse corriente eléctrica en torno a imanes en reposo.

En 1831, Faraday observó que un imán generaba una corriente eléctrica en las proximidades de una bobina, cuando uno de los dos estaba en movimiento, descubriendo así la inducción electromagnética.

Propuso un método para visualizar los campos magnéticos. Imagine una aguja de compás suspendida libremente, cerca de un magneto o corriente eléctrica. Podemos rastrear en el espacio, con nuestra imaginación, las líneas obtenidas al seguir la dirección de la aguja.

Así, describió ciertas líneas alrededor de una barra magnética. Su ilustración más común es el clásico experimento escolar de esparcir limaduras de hierro sobre un papel colocado encima de un imán.

Estableció claramente que las sustancias magnéticas interactúan entre sí mediante líneas de fuerza, hoy llamadas líneas de campo. Al observar la naturaleza, sabemos que son producidas por corrientes eléctricas en el enrarecido gas del espacio, el intenso calor de las manchas solares y el núcleo fundido de la Tierra.

De manera similar a las líneas de campo de un imán que muestran las limaduras de hierro en el papel, las líneas de campo terrestres comienzan cerca del Polo Sur, se curvan en el espacio y convergen otra vez cerca del Polo Norte.

Para Faraday, las líneas de campo eran un método para demostrar la estructura de la fuerza magnética. Hoy, tienen gran importancia en la investigación espacial, ya que los iones y electrones tienden a permanecer unidos a ellas, como las cuentas en un collar.

Debido a esta adhesión, definen una “dirección fácil” en el enrarecido gas del espacio; visualmente son como la veta en un pedazo de madera, en la que iones y electrones, corrientes eléctricas y cierto tipo de ondas de radio pueden moverse fácilmente.

Faraday no solo visualizó el espacio alrededor del magneto lleno de líneas de campo; también desarrolló una noción intuitiva de que dicho espacio estaba modificado, aún si estuviera en el vacío.

En 1860, el físico y matemático escocés James Clerk Maxwell situó esa noción en una firme base matemática, incluyendo a fuerzas eléctricas y magnéticas. Tal espacio modificado es conocido como campo electromagnético.

Maxwell publicó su Tratado sobre Electricidad y Magnetismo, en el que resumió y sintetizó los descubrimientos de Coulomb, Oersted, Ampère, Faraday y todo lo hasta entonces conocido en la materia, mediante cuatro ecuaciones matemáticas. Las Ecuaciones de Maxwell son la base de la teoría electromagnética.

Estas sugerían una conexión entre magnetismo y electricidad, que inesperadamente involucraba a la velocidad de la luz, lo cual lo llevó a pensar que la luz era un fenómeno eléctrico y a predecir la existencia de las ondas electromagnéticas.

Poco después, en 1885, el alemán Heinrich Hertz comprobó que Maxwell estaba en lo correcto al producir dichas ondas por medio de la electricidad, en la primera demostración de ondas de radio o hertzianas, generadas y detectadas en su laboratorio.

Las soluciones de las ecuaciones de Maxwell mostraron que las ondas electromagnéticas se propagan a la velocidad de la luz y Hertz demostró que eran precisamente ondas de luz, lo que significó un paso gigantesco al mundo moderno.

Hoy en día se conoce una amplia variedad de ondas electromagnéticas, desde las de radio, que son muy largas y de baja frecuencia, hasta las de los rayos gamma, que son muy cortas y de una frecuencia extremadamente alta. Otras son las microondas, las infrarrojas, la luz visible, la luz ultravioleta y los rayos X.

El motor eléctrico, la radio y la televisión utilizan muchos de los conocimientos que sobre electromagnetismo se generaron en las primeras décadas del siglo XX, en el que también tuvieron aplicaciones militares, como la detección de submarinos.

El electromagnetismo es fundamental en la fabricación de bocinas, audífonos, micrófonos y muchos productos de la microelectrónica, como las computadoras.

Sus principios se utilizan en el diseño de aparatos de medición con gran exactitud para uso científico e industrial, así como de sofisticados sistemas de información, como las tarjetas de crédito.

Los nuevos materiales magnéticos como los ferrofluidos, derivados del hierro y otras sustancias ferromagnéticas, se utilizan en tapones o sellos herméticos que pueden resistir presiones 60 veces mayores a la atmosférica, así como en procesos de separación de materiales que difieren en su densidad, como la incineración de desperdicios sólidos y la guía de taladros de perforación petrolera.

El electromagnetismo es la base de nuestra civilización actual. Es esencial para el almacenamiento de datos, la producción de energía, aplicaciones médicas como la resonancia magnética nuclear y, por supuesto, para la radio, el teléfono o el correo electrónico que nos permiten comunicarnos hoy.

Investigación y guion: Conti González Báez

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