Fisica

Electricidad y magnetismo
Hacemos un recorrido por la historia de la Física, centrándonos en un aspecto esencial de la misma, cómo nace y se desarrolla la idea de campo. Esta idea no nace, en contra de lo que pudiera parecer, de un desarrollo tecnológico o de la necesidad de explicar un conjunto de fenómenos, sino de una Metafísica de la naturaleza (del conjunto de principios que rigen nuestrarepresentación del mundo), elaborada por Descartes, modificada por Newton y Kant que influyeron en Oersted y Faraday, y que se oponía a las teorías dominantes de la acción a distancia de los seguidores de Newton (Laplace, Ampère, etc.) y que podemos resumir en:
Newton:
• Universo constituído por corpúsculos extensos y espacio vacío.
• Fuerzas centrales actuando a distancia y de formainstantánea.
• Fuerzas inversamente proporcionales al cuadrado de la distancia.
Faraday:
• La existencia de un campo de fuerzas como única sustancia física.
• La velocidad finita de propagación de cualquier cambio en la intensidad de la fuerza.
• La unificación e interconvertibilidad de los distintos tipos de fuerzas.
Maxwell asume el inmenso legado de Faraday, efectuandoalgunos cambios. Con él la idea de campo adquiere una formulación matemática precisa. Las ecuaciones de Maxwell constituyen uno de los éxitos más brillantes de la historia de la Física, culminados con el descubrimiento de las ondas electromagnéticas por Hertz.
También, se describen las contribuciones de Lorentz, creador de la electrodinámica y Einstein que con su teoría de la Relatividad da lugar a ladesaparición del éter y al nacimiento de una nueva mecánica.
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La mayor parte de los estudiantes, apenas tiene algunas ideas acerca del campo eléctrico, a pesar de figurar en los planes de estudio del Bachillerato. A las dificultades del concepto de campo se añade las pocas experiencias relevantes que hacen en electricidad y magnetismo.
El estudio de los campos requiere que sea explicado deforma ordenada y consistente, de modo que los estudiantes no lo perciban como un conjunto de fórmulas que hay que memorizar para resolver un determinado problema. Se necesita tiempo de maduración, y numerosos situaciones en orden de dificultad creciente, en las que se pueda aplicar el concepto de campo en sus diversas manifestaciones.
El concepto de campo es abstracto, ya que deseamos crear unvector que sea una propiedad local atribuible a la presencia de cargas en el espacio. Si conocemos el campo eléctrico en un punto cualquiera, podemos evaluar la fuerza ejercida sobre una carga q situada en ese punto sin necesidad de preocuparnos por la distribución de carga que lo produce.
Una vez que se define el concepto de campo, se pasará a enunciar el principio de superposición de campos,aplicándolo a distribuciones dadas de cargas puntuales. Como ejemplo, se ha diseñado un applet, que muestra las líneas de fuerza y las equipotenciales de un sistema formado por dos cargas eléctricas.
A partir del carácter conservativo del campo eléctrico, se definirá el concepto de potencial eléctrico, y se calculará el potencial en un punto producido por una distribución puntual de cargas.
Acontinuación, se calcula de forma directa el campo eléctrico producido por distribuciones continuas de cargas con cierta simetría, para asociar la dirección del campo eléctrico con la simetría de la distribución de carga, y como paso previo a la explicación de la ley de Gauss del campo eléctrico.
Explicar la ley de Gauss entraña una doble dificultad, el concepto abstracto de campo, y el concepto deflujo. El flujo del campo eléctrico a través de una superficie cerrada arbitraria permite formular la ley de Gauss, lo que es equivalente a la dependencia de la interacción electrostática de la inversa del cuadrado de la distancia.
Para aplicar la ley de Gauss a una distribución de cargas, es necesario seguir una cierta estrategia:
1. Determinar la dirección del campo eléctrico, de acuerdo a...