Mesa redonda “Mujeres y ciencia” en la Universidad de Alicante

Con motivo de la exposición “Maria Sklodowska-Curie, una polaca en París” (sala Aifos de la UA, hasta el 9 de marzo) y de la celebración del Día internacional de la Mujer, el miércoles 8 de marzo a las 12.00 horas tedrá lugar en el salón de actos del edificio Germán Bernácer una mesa redonda a cargo de las comisarias de la exposición (Rocaviva Eventos), Belén Yuste y Sonnia L. Rivas-Caballero, y de María Josefa Yzuel Giménez, primera mujer con plaza permanente del sistema universitario español en el campo de la Física. El acto incluirá lecturas de los escritos de Marie Curie.

Belén Yuste es técnico de Anatomía Patológica del Hospital 12 de Octubre de Madrid, durante ocho cursos ha ejercido la docencia en el Hospital Universitario Gregorio Marañón de Madrid. Ha realizado numerosas investigaciones y modificaciones de técnicas histológicas que ha presentado en Congresos Nacionales e Internacionales y publicado en revistas especializadas. Por su trabajo Modificación de la técnica de Verhoeff para demostración de fibras elásticas recibió el Primer Premio a la mejor publicación otorgado por la revista Nuevo Laboratorio.

Sonnia L. Rivas-Caballero es pianista, mezzosoprano, musicóloga y escritora, ha realizado un Master en Marketing, Comunicación y Gestión de eventos. Actualmente es Coordinadora Pedagógica en la Escuela Municipal de Música de Getafe.

María Josefa Yzuel Giménez es catedrática emérita de Óptica de la Universitat Autònoma de Barcelona y presidenta del Comité Español del “Año Internacional de la Luz y las Tecnologías Basadas en la Luz-2015”

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Dos libros sobre Oersted, Ampère y Faraday

Os recomiendo la lectura de los siguientes libros:

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Mª Carmen Pérez de Landazábal y Paloma Varela Nieto, Orígenes del electromagnetismo. Oersted y Ampère (Nivola libros y ediciones. Madrid, 2003).

“El danés Hans Christian Oersted y el francés André-Marie Ampère fueron unidos por el destino. El crucial experimento llevado a cabo por el primero en Copenhague en julio de 1820 llegó a los oídos de Ampère solamente dos meses después. Si el primero demostró los efectos magnéticos producidos por una corriente eléctrica, el segundo fundamentó teórica y matemáticamente el descubrimiento y desarrolló la teoría de la electrodinámica. En los comienzos del siglo XIX los fenómenos eléctricos podían resultar interesantes para los científicos, pero carecían de trascendencia para el hombre de la calle”.

José Antonio Díaz-Hellín, El gran cambio de la Física. Faraday (Nivola libros y ediciones. Madrid, 2001).

“El llamado ‘padre de la electrotecnia’ combinó además en su obra la genialidad y perseverancia del autodidacta con la intensa y dilatada labor del divulgador científico. Por la magnitud de sus experiencias, por la agudeza de su ingenio y por el alcance y repercusión de sus múltiples descubrimientos, pocos científicos pueden compararse a Michael Faraday. Pionero de la Física moderna, su obra máxima fue la elaboración de una teoría descriptiva completa de la electricidad, que incluía el avance de la teoría electromagnética de la luz, y que iba a suministrar a la teoría de la relatividad su más importante fundamento”.

En ellos podéis encontrar una gran cantidad de información sobre el desarrollo del electromagnetismo en el siglo XIX, que os puede servir para tener una visión de esta parte de la Física, fundamental para los Ingenieros de Telecomunicaciones en todas sus especialidades.

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Faraday (1791-1867)

El caso de Michael Faraday (1791-1867) no es frecuente en la historia de la física: su formación matemática era muy elemental y sin embargo las leyes de la electricidad y el magnetismo son debidas mucho más a sus descubrimientos experimentales que a los de cualquier otro. Descubrió la inducción electromagnética e introdujo los conceptos de  líneas de fuerza y campo, básicos en la comprensión de las interacciones eléctricas y magnéticas y piezas fundamentales en el desarrolló posterior de la física. Faraday nació en el seno de una familia humilde y su única formación de pequeño fue en lectura, escritura y aritmética. Abandonó la escuela a los trece años para trabajar en un taller de encuadernación, donde desarrolló un insaciable apetito por la lectura.

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En 1813 fue contratado como ayudante de laboratorio de Humphry Davy (1778-1829) en la Royal Institution de Londres, de la que fue elegido miembro en 1824 y donde trabajó hasta su muerte. Como Faraday carecía de formación matemática, no llegó a formular matemáticamente sus resultados, pero era intuitivamente brillante y paciente e hizo progresar la comprensión de los fenómenos electromagnéticos. Faraday partió de los trabajos de Oersted y Ampère sobre las propiedades magnéticas de las corrientes eléctricas y en 1831 consiguió producir una corriente eléctrica a partir de una acción magnética, fenómeno que se conoce como inducción electromagnética. Este descubrimiento marcó un hito decisivo en el progreso no sólo de la ciencia sino de la sociedad y revela algo nuevo sobre los campos eléctricos y magnéticos: A diferencia de los campos electrostáticos creados por cargas eléctricas en reposo cuya circulación a lo largo de una línea cerrada es nula (campo conservativo), los campos eléctricos creados por campos magnéticos tienen una circulación a lo largo de una línea cerrada distinta de cero. Dicha circulación, que corresponde a la fuerza electromotriz inducida, es igual al ritmo de cambio del flujo del campo magnético que atraviesa la superficie delimitada por dicha línea cerrada (ley de Faraday). Faraday inventó el primer  motor eléctrico, el primer transformador, el primer generador eléctrico y la primera dinamo, por lo que Faraday puede ser llamado, sin genero de dudas, el padre de la electrotecnia. Propuso los conceptos modernos de “campo electromagnético” y “líneas de campo” de los campos eléctricos y magnéticos, que llenan el espacio en trono a cargas eléctricas, imanes y corrientes eléctricas. Sin embargo, hubo que esperar varios años hasta la aceptación de las líneas de campo de Faraday, justo hasta que Maxwell (1831-1879) entrara en escena con la publicación de su artículo “Sobre las líneas de fuerza de Faraday” en 1856. Con Faraday la interacción entre imanes y corrientes se convierte en el motor del cambio social y del “gran cambio” con el que calificó Einstein la incorporación del concepto de campo al desarrollo de la física.

Mª Carmen Pérez y Paloma Varela, Orígenes del electromagnetismo. Oersted y Ampère. Nivola libros y ediciones. Madrid, 2003.

José Antonio Díaz-Hellín, El gran cambio de la Física. Faraday. Nivola libros y ediciones. Madrid, 2001.

J. M. Sánchez Ron (editor y traductor). Materia y Movimiento (J. C. Maxwell). Editorial Crítica. Barcelona, 2006.

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Tema 3. Inducción electromagnética

En los temas 1 y 2 se han estudiado los campos magnéticos producidos por corrientes estacionarias (campos magnéticos independientes del tiempo), mientras que este tema se dedica al estudio de la inducción electromagnética y los campos magnéticos dependientes del tiempo y los campos eléctricos no conservativos que se producen. Los fenómenos de inducción electromagnética juegan un papel clave, por ejemplo, en la tecnología eléctrica. El tema comienza con la presentación de diversos fenómenos experimentales que ponen de manifiesto la existencia de una corriente eléctrica asociada a la variación de flujo magnético que atraviesa un circuito, tanto si se mueve el circuito o la fuente del campo magnético, se deforma el circuito o se aplica un campo magnético variable con el tiempo. Además, en todos los casos, el sentido de la corriente es tal que tiende a oponerse a la causa que la produce (ley de Lenz). En este punto es importante hacer ver a los alumnos que si aparece una corriente eléctrica inducida en los circuitos debe existir una fuerza electromotriz, denominada inducida, y que puede obtenerse cuantitativamente a partir de la ley de Faraday-Henry. Cierto interés tiene el estudio de la fuerza electromotriz inducida por el movimiento relativo de un segmento de corriente en un campo magnético. En este caso la fuerza electromotriz inducida es una consecuencia directa de la fuerza magnética. También se estudian las corrientes de Foucault que aparecen en un trozo de metal que se mueve en un campo magnético o que está situado, en reposo, en el seno de un campo magnético variable con el tiempo. Estas corrientes normalmente son perjudiciales debido a que el calor producido no solamente constituye una pérdida de potencia sino que hay que disiparlo. La mayor parte de la energía eléctrica utilizada actualmente se produce mediante generadores eléctricos los cuales están basados en el fenómeno de la inducción electromagnética. Se describe brevemente el funcionamiento de los generadores, en los que se genera una corriente eléctrica haciendo girar una espira en un campo magnético.

Cuando dos circuitos están próximos uno al otro, el flujo magnético que atraviesa uno de ellos depende de la corriente que circula por el circuito próximo. Este fenómeno permite introducir el concepto de inducción mutua e introducir el coeficiente de inducción mutua. El mismo procedimiento se puede emplear para relacionar el flujo magnético y la corriente para un único circuito, en cuyo caso aparece el concepto de autoinducción y se introduce el coeficiente de autoinducción del circuito y la fuerza electromotriz autoinducida. El coeficiente de autoinducción se puede calcular a partir del cociente del flujo y la corriente, lo que se puede aplicar fácilmente al caso de un solenoide. Como ejemplo de inducción mutua se estudia el transformador, dispositivo utilizado para variar las tensiones y corrientes sin pérdida apreciable de potencia. También se analizan los circuitos RL formados por resistencias y autoinducciones, introduciéndose la constante de tiempo de los mismos. También se lleva a cabo el estudio de la energía almacenada en un campo magnético y la densidad de energía magnética, partiendo del estudio de un circuito RL analizando la energía que se almacena en la autoinducción cuando se establece una corriente eléctrica en el circuito. Esta energía magnética es igual a la que se necesita para establecer el campo.

Puedes visualizar un vídeo en el que se recrean diversos experimentos de inducción electromagnética de la colección de “Experiencias de Física” de la Universidad de Alicante.

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Motor electromagnético

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Caída de un imán por un tubo conductor

En clase hemos estudiado con detalle el estudio experimental de la caída libre de un imán permanente por un tubo conductor (aluminio), así como diversas cuestiones relacionadas con este fenómeno, las cuáles han sido interpretadas usando las leyes del electromagnetismo (ley de Faraday-Henry y ley de Lenz) y de la dinámica (leyes de Newton). También se ha obtenido que el imán caerá finalmente dentro del tubo con una velocidad constante, ya que la fuerza magnética que frena al imán en su caída es proporcional a la velocidad. Asimismo se han analizado los pulsos inducidos por un imán al atravesar una bobina con un gran número de espiras conectada a un amperímetro, observando como el sentido de la corriente inducida en la bobina es diferente cuando el imán entra en la bobina y cuando sala de ésta.

En los siguientes enlaces, pertenecientes al Curso Interactivo de Física en Internet de Ángel Franco:

Movimiento de un imán en un tubo metálico vertical

Caída de un imán

podéis completar el estudio de este sistema con una descripción teórica más completa del mismo y algunas simulaciones mediante applets.

Además, el el libro “Física re-Creativa” (Prentice-Hall. Buenos Aires, 2001) de Salvador Gil y Eduardo Rodríguez hay diversas experiencias relacionadas con la física de la caída de un imán permanente por un tubo conductor. Podéis descargar el texto en PDF en el siguiente enlace:

Descargar archivo

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Inducción electromagnética y relatividad

“Lo que me condujo, en forma más o menos directa, hacia la teoría especial de la relatividad, fue la convicción de que la fuerza electromotriz que actúa sobre un cuerpo en movimiento dentro de un campo magnético, no es más que un campo eléctrico”.

Albert Einstein (1879-1955)

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