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EL PROBLEMA DEL IMÁN Y LA ESPIRA
CONDUCTORA |
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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. |
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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. |
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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). |
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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. |
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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. |
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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". |
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