EL PROBLEMA DEL IMÁN Y LA ESPIRA CONDUCTORA


 

En 1905 Albert Einstein (1879-1955) publicó en la revista Annalen der Physik un artículo denominado: “Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento”, en el que sentó las bases de la relatividad especial. En este trabajo, antes de formular los postulados fundamentales de esta teoría, planteó una interesante disquisición sobre la acción electrodinámica recíproca que tiene lugar entre un imán y una espira de material conductor, por la cual, mientras se desplaza el imán cerca de la espira, se genera en ella una corriente eléctrica.

 
 

 

Einstein subrayó el carácter simétrico de la interacción entre el imán y la espira, es decir, destacó el concepto de que la intensidad de la corriente producida en el alambre ha de depender únicamente del movimiento relativo entre ambos, y contrapuso esta afirmación de carácter fundamental a las explicaciones que hasta entonces se venían dando de este tipo de fenómenos, para poner en evidencia que tales explicaciones, que solían distinguir dos casos, según cuál de los dos cuerpos que interaccionan se considere que se mueve (el imán o la espira), no tenían un carácter relativista.

 

 

En efecto, si se consideraba que el imán se mueve y la espira esta en reposo (equivale a adoptar un sistema de referencia ligado a la espira), se interpretaba el fenómeno diciendo que alrededor del imán se crea un campo eléctrico, que genera una corriente en los lugares que ocupan partes del conductor. Esto es así porque mientras se mueve el imán, el campo magnético que produce dicho imán varía. La teoría electromagnética dice que un campo magnético variable genera un campo eléctrico, también variable y perpendicular a aquel. En este caso, el campo magnético variable creado por el imán en movimiento, atraviesa transversalmente a la espira y genera un campo eléctrico, E, paralelo a ella, que ejerce sobre los electrones de la espira una fuerza eléctrica (F=q·E).

 

 

En cambio, si se consideraba que el imán está en reposo y el conductor se mueve (equivale a adoptar un sistema de referencia ligado al imán), no se crea alrededor del imán ningún campo eléctrico, sino que se genera una fuerza electromotriz en el conductor. En este caso el campo magnético, B, que produce el imán es estacionario y la fuerza sobre cada electrón se calcula utilizando la ley de la fuerza de Lorentz [F=q(vxB)]. Desde este sistema de referencia la velocidad v que se atribuye a los electrones antes de que se genere la corriente se debe a que ellos son solidarios con la espira móvil. Por eso, dicha velocidad es perpendicular a la propia espira y el producto vectorial de vxB tiene la dirección del conductor.

 

Estos razonamientos aplican la teoría electromagnética en dos sistemas de referencia diferentes y obtienen en ambos casos unas conclusiones concordantes con los hechos empíricos (es decir, explican la aparición de la corriente en la espira). Pero no consideran de una manera explícita el carácter relativo del movimiento entre el inductor de la corriente (el imán) y el inducido (la espira). Einstein destacó que, como consecuencia de ello, se obtenía una conclusión insatisfactoria: Según un punto de vista habría un campo eléctrico en el espacio afectando a la espira y según el punto de vista alternativo no habría tal campo eléctrico. Pero, claro está, un campo eléctrico es una entidad física con una energía asociada que no puede estar y no estar.

 

Así, al defender en este ejemplo, que ambos sistemas de referencia inerciales (uno ligado a la espira y el otro ligado al conductor) sean equivalentes, Einstein, estaba reclamando la necesidad de una nueva teoría física, dotada de unas nuevas leyes de transformación de las magnitudes que, en este caso deberían convertir un campo magnético variable más un campo eléctrico generado por él (punto de vista del sistema de referencia ligado a la espira) en un campo magnético estacionario dotado de la misma energía que aquellos (punto de vista del sistema de referencia ligado al imán). En una proposición que envió a una reunión que se celebró en 1952 en honor del centenario del nacimiento de Michelson, lo dijo así: "Lo que me condujo más o menos directamente a la teoría especial de la relatividad fue la convicción de que la fuerza electromotriz que actúa sobre un cuerpo en movimiento en un campo magnético era nada menos que un campo eléctrico".