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 generalmente analiza las líneas de fuerza como cadenas de partículas polarizadas en un dieléctrico, aunque a veces Faraday las analiza como si tuvieran una existencia propia, como extenderse a través del vacío. [2] Además de líneas de fuerza, JJ Thomson, de forma 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 enlaces de energía integrados en una teoría de campo del siglo XIX que condujo a conceptos y teorías matemática y experimentalmente más sofisticados, 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 retrasos de propagación finitos. Las teorías y los datos experimentales de figuras científicas posteriores como Maxwell, Heinrich 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) pensaron que la luz y la electricidad deben propagarse a través de un éter . En la relatividad de Einstein, no hay éter, sin embargo, 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 "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 varios movimientos de las líneas de fuerza. Estas características 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 estas eran estados de tensión y deformación en un éter mecánico. Esto era parte de la red bastante diferente de creencias y problemas con los que Maxwell estaba trabajando.
En un 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 fecha este cambio en el año 1838. [6] Otro estudioso fecha este fortalecimiento final de su creencia en 1852. [7] Faraday estudió experimentalmente las líneas de fuerza magnética y fuerza electrostática, demostrando que no encajaban en 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 ve 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 da prioridad científica a la teoría electromagnética de la luz sobre Faraday y su artículo de 1846 "Reflexiones sobre las vibraciones de los rayos". [9] 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 las cercanías, el plano de polarización se ve obligado a girar.
El profesor Faraday expone claramente en su obra "Reflexiones sobre las vibraciones de los rayos" la concepción de la propagación de perturbaciones magnéticas transversales con exclusión de las normales. La teoría electromagnética de la luz, tal como la propone, es en esencia la misma 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 suposiciones fluídicas involucradas 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 en una superficie positiva, su final trazará una curva cerrada correspondiente en la superficie negativa y la línea de fuerza en sí generará una superficie tubular inductiva. Un tubo de este tipo se llama " solenoide ". Hay una presión en ángulo recto con 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, hay 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 en sentido longitudinal, hay poca o ninguna resistencia que limite la velocidad. Los tubos de fuerza son absorbidos por cuerpos que imparten momento y masa gravitacional. Los tubos de fuerza son un grupo de líneas eléctricas de fuerza.
En los inicios de su investigación (circa 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 como un simple ejemplo de líneas de fuerza magnéticas o simplemente líneas de fuerza. [10] Con el tiempo, Faraday también comenzaría a utilizar la frase "campo magnético". [11]