Una línea de fuerza en el sentido extendido de Faraday es sinónimo de línea de inducción de Maxwell . [1] Según JJ Thomson , Faraday generalmente analiza las líneas de fuerza como cadenas de partículas polarizadas en un dieléctrico, pero a veces Faraday las analiza como si tuvieran una existencia propia, como si se extendieran a través de un vacío. [2] Además de líneas de fuerza, JJ Thomson, similar a 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 vínculos energéticos integrados en una teoría de campo unificado del siglo XIX que condujo a conceptos y teorías más sofisticados matemática y experimentalmente, incluidas las ecuaciones de Maxwell, las ondas electromagnéticas y la relatividad de Einstein.
Las líneas de fuerza se originaron con Michael Faraday, cuya teoría sostiene que toda la realidad está formada por la fuerza misma . Su teoría predice que la electricidad, la luz y la gravedad tienen retrasos de propagación finitos. Las teorías y los datos experimentales de figuras científicas posteriores como Maxwell, Hertz, Einstein y otros están de acuerdo con las ramificaciones de la teoría de Faraday. Sin embargo, la teoría de Faraday sigue siendo distinta. A diferencia de Faraday, Maxwell y otros (por ejemplo, JJ 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 "Faraday's Field Concept" distingue entre las ideas de Maxwell y Faraday: [5]
Las características específicas del concepto de campo de Faraday, en su forma "favorita" y más completa, son que la fuerza es una sustancia, que es la única sustancia y que todas las fuerzas son interconvertibles a través de diversos movimientos de las líneas de fuerza. Estos rasgos de la "noción favorita" de Faraday no se mantuvieron. Maxwell, en su enfoque del problema de encontrar una representación matemática para la transmisión continua de fuerzas eléctricas y magnéticas, consideró que se trataba de estados de tensión y deformación en un éter mecánico. Esto formaba parte de una red bastante diferente de creencias y problemas con la que trabajaba Maxwell.
Al principio, 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 erudito fecha este cambio en el año 1838. [6] Otro erudito fecha este fortalecimiento final de su creencia en 1852. [7] Faraday estudió experimentalmente líneas de fuerza magnética y líneas de fuerza electrostática, demostrando que no encajan en la acción a distancia. modelos. En 1852, Faraday escribió el artículo "Sobre el carácter físico de las líneas de fuerza magnética", 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, Maxwell adoptó un enfoque agnóstico en su matematización de las teorías de Faraday. Esto se ve en los artículos de Maxwell de 1855 y 1856: "Sobre las líneas de fuerza de Faraday" y "Sobre el estado electrotóntico de Faraday". En el artículo de 1864 " Una teoría dinámica del campo electromagnético ", Maxwell da prioridad científica de la teoría electromagnética de la luz a Faraday y su artículo de 1846 "Reflexiones sobre las vibraciones de los rayos". [8] Maxwell escribió:
Faraday descubrió que cuando un rayo plano polarizado atraviesa un medio diamagnético transparente en la dirección de las líneas de fuerza magnética producidas por imanes o corrientes en la vecindad, el plano de polarización gira.
La concepción de la propagación de perturbaciones magnéticas transversales con exclusión de las normales la expone claramente el profesor Faraday en sus "Reflexiones sobre las vibraciones de los rayos". La teoría electromagnética de la luz, tal como la propuso, es sustancialmente la misma que la que he comenzado a desarrollar en este artículo, excepto que en 1846 no había datos para calcular la velocidad de propagación.
Maxwell cambió la frase de Faraday líneas de fuerza por tubos de fuerza , al expresar sus supuestos fluídicos involucrados en su 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 manera que su inicio traza una curva cerrada sobre una superficie positiva, su extremo trazará una curva cerrada correspondiente sobre la superficie negativa, y la línea de fuerza misma generará una superficie tubular inductiva. Este tipo de tubo se llama " solenoide ". Hay una presión en ángulo recto con respecto a un tubo de fuerza de la mitad del producto de la densidad dieléctrica y magnética. Si a través del crecimiento de un campo los tubos de fuerza se extienden lateralmente o a lo ancho, se produce una reacción magnética a ese crecimiento en la intensidad de la corriente eléctrica. Sin embargo, si se hace que un tubo de fuerza se mueva hacia los extremos, hay poca o ninguna resistencia para limitar la velocidad. Los tubos de fuerza son absorbidos por cuerpos que imparten impulso y masa gravitacional. Los tubos de fuerza son un grupo de líneas de fuerza eléctricas.
Al principio de su investigación (alrededor de 1831), Faraday llama curvas magnéticas a los patrones de curvas aparentemente continuas trazadas en limaduras metálicas cerca de un imán . Más adelante se refiere a ellos como simplemente un ejemplo de líneas de fuerza magnéticas o simplemente líneas de fuerza. [9] Con el tiempo, Faraday también comenzaría a utilizar la frase "campo magnético". [10]