Línea de fuerza

En la historia de la física , una línea de fuerza en el sentido extendido de Michael Faraday es sinónimo de la línea de inducción de James Clerk Maxwell . ^{[ 1 ]} Según JJ Thomson , Faraday suele hablar de las líneas de fuerza como cadenas de partículas polarizadas en un dieléctrico, aunque a veces las describe como si tuvieran una existencia propia, como si se extendieran a través del vacío. ^{[ 2 ]} Además de líneas de fuerza, JJ Thomson —al igual que Maxwell— también las llama tubos de inductancia electrostática , o simplemente tubos de Faraday. ^{[ 2 ]} Desde la perspectiva del siglo XX, las líneas de fuerza son enlaces de energía integrados en una teoría de campos del siglo XIX que condujo a conceptos y teorías más sofisticados matemática y experimentalmente, incluidas las ecuaciones de Maxwell y la teoría de la relatividad de Albert Einstein .

Las líneas de fuerza se originaron con Michael Faraday, cuya teoría sostiene que toda la realidad está compuesta de fuerza misma . Su teoría predice que la electricidad, la luz y la gravedad tienen tiempos de propagación finitos. Las teorías y los datos experimentales de figuras científicas posteriores como Maxwell, Heinrich Hertz , Einstein y otros concuerdan con las ramificaciones de la teoría de Faraday. Sin embargo, la teoría de Faraday sigue siendo distintiva. A diferencia de Faraday, Maxwell y otros (por ejemplo, J.J. Thomson) pensaban que la luz y la electricidad debían propagarse a través de un éter . En la relatividad de Einstein, no existe el éter, pero la realidad física de la fuerza es mucho más débil que en las teorías de Faraday. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

La historiadora Nancy J. Nersessian en su artículo "El concepto de campo de Faraday" distingue entre las ideas de Maxwell y Faraday: ^{[ 5 ]}

Las características específicas del concepto de campo de Faraday, en su forma más completa y preferida, son que la fuerza es una sustancia, que es la única sustancia y que todas las fuerzas son interconvertibles mediante diversos movimientos de las líneas de fuerza. Estas características de la noción preferida de Faraday no se mantuvieron. Maxwell, al abordar el problema de encontrar una representación matemática para la transmisión continua de fuerzas eléctricas y magnéticas, las consideró estados de tensión y deformación en un éter mecánico. Esto formaba parte de la red de creencias y problemas, bastante distinta, con la que trabajaba Maxwell.

Al principio, Michael Faraday consideró la realidad física de las líneas de fuerza como una posibilidad, pero varios estudiosos coinciden en que para Faraday su realidad física se convirtió en una convicción. Un estudioso sitúa este cambio en el año 1838. ^{[ 6 ]} Otro estudioso sitúa este fortalecimiento final de su creencia en 1852. ^{[ 7 ]} Faraday estudió experimentalmente las líneas de fuerza magnética y electrostática, demostrando que no se ajustaban a los modelos de acción a distancia. En 1852, Faraday escribió el artículo «Sobre el carácter físico de las líneas de fuerza magnética» ^{[ 8 ]} , en el que examinaba la gravedad, la radiación y la electricidad, y sus posibles relaciones con el medio de transmisión, la propagación de la transmisión y la entidad receptora.

Inicialmente, James Clerk Maxwell adoptó un enfoque agnóstico en su matematización de las teorías de Faraday. Esto se observa en los artículos de Maxwell de 1855 y 1856: "Sobre las líneas de fuerza de Faraday" y "Sobre el estado electrotónico de Faraday". En el artículo de 1864 " Una teoría dinámica del campo electromagnético ", Maxwell otorga prioridad científica a la teoría electromagnética de la luz de Faraday y a su artículo de 1846 "Reflexiones sobre las vibraciones de los rayos". ^{[ 9 ]} Maxwell escribió:

Faraday descubrió que cuando un rayo polarizado plano atraviesa un medio diamagnético transparente en la dirección de las líneas de fuerza magnética producidas por imanes o corrientes cercanas, el plano de polarización gira.

El concepto de propagación de perturbaciones magnéticas transversales, excluyendo las normales, es claramente expuesto por el profesor Faraday en su obra "Reflexiones sobre las vibraciones de los rayos". La teoría electromagnética de la luz, tal como la propuso, es esencialmente la misma que he comenzado a desarrollar en este artículo, con la salvedad de que en 1846 no existían datos para calcular la velocidad de propagación.

Maxwell cambió la frase de Faraday « líneas de fuerza» por «tubos de fuerza » al expresar sus supuestos fluidodinámicos en la matematización de las teorías de Faraday. ^{[ 6 ]} Un tubo de fuerza , también llamado tubo de inducción electrostática o tubo de campo , son las líneas de fuerza eléctrica que se mueven de tal manera que su inicio traza una curva cerrada en una superficie positiva, su final traza una curva cerrada correspondiente en la superficie negativa, y la propia línea de fuerza genera una superficie tubular inductiva. Dicho tubo se denomina « solenoide ». Existe una presión perpendicular a un tubo de fuerza equivalente a la mitad del producto de la densidad dieléctrica y magnética. Si, debido al aumento de un campo, los tubos de fuerza se extienden lateralmente o en anchura, se produce una reacción magnética a dicho aumento de intensidad de la corriente eléctrica. Sin embargo, si un tubo de fuerza se mueve longitudinalmente, la resistencia que limita la velocidad es mínima o nula. Los cuerpos absorben los tubos de fuerza, impartiéndoles momento y masa gravitacional. Los tubos de fuerza son un grupo de líneas de fuerza eléctricas.

Al principio de su investigación (alrededor de 1831), Faraday denomina curvas magnéticas a los patrones de curvas aparentemente continuas trazadas en limaduras metálicas cerca de un imán . Más adelante, se refiere a ellas simplemente como un ejemplo de líneas de fuerza magnéticas o, sencillamente, líneas de fuerza. ^{[ 10 ]} Con el tiempo, Faraday también comenzaría a utilizar la expresión «campo magnético». ^{[ 11 ]}

• Línea de campo
• tubo de flujo
• Flujo

• Faraday, Michael, "Reflexiones sobre las vibraciones de los rayos", Philosophical Magazine, mayo de 1846, o Experimental Researches, iii, pág.  447
• Faraday, Michael, Investigaciones experimentales, Serie 19.