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28 de abril de 2009
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Descubrimiento de las ondas de Radio: la confirmación de la Teoría Electromagnética
Ángel González Ureña
La radiación electromagnética es la energía que se transmite a través del espacio en forma de ondas, ondas electromagnéticas, formadas por un campo eléctrico y otro magnético oscilantes y perpendiculares entre si y a su vez a la dirección de propagación como se ilustra en la Figura 1.
Figura 1. Representación de una onda electromagnética polarizada plana. Los campos eléctricos (E) y magnético (B) están en fase, perpendiculares entre si y a la dirección de propagación de la onda.
Sabemos que en el vacío estas ondas se propagan a la velocidad de la luz que recorre 2.9979 x 108 metros cada segundo y que su velocidad es inferior si lo hace a través de un medio material. No todas las radiaciones electromagnéticas tienen la misma longitud de onda sino que esta se extiende a lo largo de un intervalo muy amplio conocido como espectro electromagnético cuyas regiones más importantes se representan en la Figura 2.
Figura 2. Esquema general del espectro electromagnético, donde se muestran los distintos tipos de radiación y algunas de las formas de producir las diversas radiaciones.
Las ondas electromagnéticas dominan nuestro Universo y vida. Para ello basta con mirar a nuestro alrededor y percibir la luz que emiten las estrellas como el Sol, o escuchar la Radio o hablar usando el teléfono móvil. ¿Desde cuando conocemos la naturaleza de estas ondas? ¿Cuándo se descubrieron?
Volvamos al siglo XIX y más concretamente a la época final de Faraday. Una de sus grandes contribuciones, la inducción electromagnética, descrita en un capítulo anterior de esta colección, también confirmó la convicción de Faraday de la presencia de una simetría en muchos fenómenos de la naturaleza. Si un campo eléctrico producía un campo magnético, de manera inversa un campo magnético produciría una corriente eléctrica.
Hacia la mitad del siglo XIX el científico escocés James Clerk Maxwell (1831-1879) estudiaba fascinado los fenómenos eléctricos y magnéticos descubiertos, entre otros, por Faraday. Ayudado por la contemplación de las líneas de fuerza del campo magnético, que de manera ingeniosa había hecho visible el científico Inglés usando limaduras de hierro y un imán, dedujo un sistema de ecuaciones las ecuaciones de Maxwell- que describían la estructura y relación de estos campos eléctricos y magnéticos. Son cuatro ecuaciones que condensan todo el cuerpo de doctrina del electromagnetismo a nivel clásico. En otras palabras, todo fenómeno en el que participen la electricidad y magnetismo se puede describir a nivel de la Física clásica utilizando las ecuaciones de Maxwell. Hoy en día se considera que la teoría electromagnética de Maxwell y la teoría de Newton sobre el movimiento y gravedad, constituyen los pilares maestros de la Física clásica.
Maxwell percibió que sus ecuaciones sugerían la existencia de ondas electromagnéticas. Es decir, de sus ecuaciones se desprendía como un campo magnético variable creaba un campo eléctrico y como la variación del campo eléctrico originaba a su vez el campo magnético variable, y que este proceso cíclico originaba por tanto una onda electromagnética propagándose a lo largo del espacio. También comprobó que se podía calcular la velocidad con que se propagaban estas ondas y descubrió, no sin cierta sorpresa y placer, que la velocidad era la medida para la velocidad de la luz. Para Maxwell la luz era también una radiación electromagnética. ¡Era extraordinario comprobar como su teoría que unificaba la electricidad y magnetismo también era una teoría de la luz!
En la época de Maxwell no se conocía ninguna carga oscilante que pudiera producir luz. Esto se consiguió muchos años más tarde. Así pues nadie creyó la teoría de Maxwell hasta que un físico alemán R. Heinrich Hertz (1857-1894) descubrió las ondas de radio mediante una serie de experimentos confirmando así la teoría de Maxwell de la radiación electromagnética.
Antes de que Hertz hiciera sus experimentos se sabía poco más que el espectro visible acerca del espectro electromagnético. Así en 1800 Herschel descubrió una radiación invisible más allá del rojo que recibió el nombre de infrarrojo y años más tarde Ritter descubrió la radiación ultravioleta a partir del hecho de que ennegrecía el cloruro de plata.
Hertz hizo su descubrimiento en 1888 cuando ya era profesor de Física en la Universidad de Karlsruhe.
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