PROPAGACIÓN ONDULATORIA DEL CAMPO ELÉCTRICO

 

J.C. Maxwell

 

Los trabajos de Faraday pusieron de manifiesto una estrecha relación entre la electricidad y el magnetismo. Profundizando en esta relación y recogiendo las principales contribuciones que se habían realizado sobre el estudio de los fenómenos eléctricos y magnéticos, Maxwell (1831-1879) formuló en 1865 una teoría global electromagnética. La importancia de esta teoría para la física se considera semejante a la de la teoría de Newton sobre mecánica. Si la mecánica newtoniana se desprende de tres principios o postulados, la teoría electromagnética de Maxwell se sustenta en cuatro ecuaciones fundamentales que unificaron leyes anteriores de físicos como Faraday, Gauss (1777-1855) y Ampere (1775-1836), y sintetizan el comportamiento eléctrico y magnético de la materia.

 

Las ecuaciones de Maxwell relacionan las variaciones de la intensidad del campo eléctrico, E, con las la inducción magnética, B (proporcional a la intensidad del campo magnético, H) dejando ver que ambos campos se tienen que tratar conjuntamente y concebir una sola entidad física: el campo electromagnético. Las componentes eléctrica y magnética del campo electromagnético dependen del sistema de referencia adoptado para determinarlo y, en cualquier sistema de referencia se cumple que un campo magnético variable u oscilante genera un campo eléctrico también variable u oscilante. El vector que representa al campo eléctrico y el que representa al campo magnético en cada punto son perpendiculares entre sí.

Maxwell demostró también que, combinando sus ecuaciones del electromagnetismo se obtiene una ecuación de ondas. Dedujo la expresión que calcula la velocidad de propagación de esas ondas y sustituyó los valores de dos constantes que aparecen en dicha expresión (una constante, e, llamada permisividad eléctrica y otra, m, denominada permeabilidad magnética). Así obtuvo un valor para la velocidad de propagación del campo electromagnético en el vacío igual a 3·108 m/s, que es exactamente el mismo valor que ya se había determinado por otros procedimientos para indicar la velocidad de la luz.

 

 

Maxwell tomó buena nota de esta "coincidencia" y la interpretó como una clara indicación de que la luz debía ser una onda electromagnética. Dijo: la luz consiste en ondas transversales del mismo medio, lo cual constituye la causa de los fenómenos eléctricos y magnéticos.

 

Los trabajos de Maxwell se publicaron en 1883 en un texto llamado "Tratado de electricidad y magnetismo". Aunque siempre fueron muy bien valorados, no recibieron toda la atención que merecían hasta que unos años después, en 1887, las ondas electromagnéticas fueron producidas y detectadas por Hertz (1857-1894) siguiendo las predicciones de Maxwell.

 
 

Para emitir ondas electromagnéticas Hertz utilizó un circuito eléctrico de corriente alterna en el que la carga oscila y emite ondas electromagnéticas de elevada frecuencia. El receptor para detectar estas ondas estaba constituido por un trozo de cable en forma de círculo, con dos esferas metálicas muy próximas entre sí en sus extremos. Al llegar la onda electromagnética al receptor, la variación del campo magnético, B, debía producir corrientes inducidas oscilantes que harían saltar una chispa (alternativamente en uno y otro sentido) entre las dos esferas.

 

Hertz detectó las ondas electromagnéticas en un receptor que estaba separado muchos metros del emisor. Comprobó, además, que un espejo cóncavo era capaz de hacerlas converger en un punto, como ya se sabía que hace converger a la luz visible. Este experimento constituyó un éxito histórico y dejó abierto el campo de la transmisión de señales a distancia y en el vacío: telegrafía sin hilos, radio, TV, radar...


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Departamento de Física y Química del IES "Leonardo Da Vinci"