Disciplinas participantes en la investigación

En la Figura 2.7(a) se muestran las disciplinas que intervienen y se interconectan en la presente investigación como son la física, biología, estadística, sistémica y agronomía, las cuales son explicadas más adelante.

Figura 2.7(a) Visión holística de las disciplinas que intervienen en la investigación (Elaboración propia, 2011)

Doricela Gutiérrez Cruz ₉₂

2.3.1 Física

Física es un término que proviene del griego phisis y que significa ―realidad‖ o

―naturaleza‖. Se trata de la ciencia que estudia las propiedades de la naturaleza con la asistencia del lenguaje matemático. La física se encarga de las propiedades de la materia, la energía, el tiempo y sus interacciones (Rodríguez, 2003).

La Física es significativa e influyente, en parte debido a que los avances en la comprensión a menudo se han traducido en nuevas tecnologías, pero también porque las nuevas ideas en la Física a menudo se inter-relacionan con las demás ciencias como las Matemáticas y la Filosofía. No es sólo una disciplina teórica, es también una disciplina experimental. Como toda ciencia, busca que sus conclusiones puedan ser verificables mediante experimentos y que la teoría pueda realizar predicciones de experimentos futuros. Dada la amplitud del campo de estudio de la Física, así como su desarrollo histórico en relación a otras disciplinas, se le puede considerar la disciplina fundamental o central, ya que incluye dentro de su campo de estudio a la Química, la Biología y la Electrónica, además de explicar sus fenómenos. Su intento de describir los fenómenos naturales con exactitud y veracidad ha llegado a límites impensables: el conocimiento actual abarca desde la descripción de partículas fundamentales, el nacimiento de las estrellas en el universo e incluso conocer con una gran probabilidad lo que aconteció los primeros instantes del nacimiento de nuestro universo, por citar unos pocos, con los primeros trabajos de filósofos griegos como Demócrito, Epicuro y Aristóteles, que fue continuada después por científicos como Galileo Galilei, Isaac Newton, James Clerk Maxwell, Albert Einstein, Niels Bohr, Werner Heisenberg, Paul Dirac, Richard Feynman, entre muchos otros (Serway, 1992).

2.3.2 Electromagnetismo

La Figura 2.9 muestra la evolución del magnetismo y las aportaciones que se han hecho a lo largo del tiempo, a finales del siglo XVIII y principios del XIX se investigaron simultáneamente las teorías de la electricidad y el magnetismo. Por Gilbert (1544-1603), el francés André Marie Ampére (1775-1836), seguido por el físico francés Dominique François profundizarán en dicho campo, y el científico británico Michael Faraday (1791-

Doricela Gutiérrez Cruz ₉₃

1867) descubrió que el movimiento de un imán en las proximidades de un cable induce en éste una corriente eléctrica; este efecto era inverso al hallado por Hans Oersted (1777- 1851), que en 1831, comenzará a describir una relación entre la electricidad y el magnetismo.

Las observaciones en la antigüedad de los filósofos griegos que suponían que las fuerzas eléctricas y las magnéticas eran originadas de un mismo origen, las observaciones y experimentación desarrollada desde Gilbert en este campo de la física del estudio de este tipo de fenómenos no revelaba aun ningún resultado que indicara que un material cargado en reposo fuera atraído o repelido por un imán (Marshall et al., 1997).

Una corriente crea a su alrededor un campo magnético. Esta propiedad de importancia capital, fu descubierta en 1819 por Oersted quien observo una aguja inmantada N-S situada cerca de un conductor rectilíneo se desvía de su posición de equilibrio Norte – Sur cuando este es atravesado por una corriente. Esta ultima crea por consiguiente, un campo magnético que actúa sobre la aguja. El físico danés comprobó que la desviación de la aguja cambiaba de sentido cuando se invertía la corriente, y Apere preciso que la relación que existe entre la dirección de campo y el sentido de la corriente en la regla que lleva su nombre y que enuncia de la siguiente manera: el polo norte de la aguja imantada se desvía siempre hacia la izquierda de la corriente (Figura 2.8).

Doricela Gutiérrez Cruz ₉₄

Doricela Gutiérrez Cruz ₉₅

Se demuestra experimentalmente que una corriente rectilínea crea en un punto m un campo perpendicular al plano definido por m y la corriente, y dirigido en el sentido indicado por la regla de Ampere. Las líneas de fuerza son por tanto circunferencias centradas en la corriente y cuyos planos son perpendiculares a la misma. La regla de Ampere indica el sentido de las líneas de fuerza, pero también se puede utilizar la de Maxwell (1831-1879), realizó la investigación sobre las características de los fenómenos magnéticos, aportando experimentación así como una descripción en forma de leyes y llevo a cabo la unificación plena de las teorías de la electricidad y el magnetismo, así también predijo la existencia de ondas electromagnéticas e identificó la luz como un fenómeno electromagnético.

Teoría Electromagnética

El Campo eléctrico tienen su origen en diferencias de voltaje, el campo magnético tienen su origen en las corrientes eléctricas, un corriente más fuerte resulta en un campo más fuerte. Un campo eléctrico existe aún cuando no haya corriente eléctrica. Cuando hay corriente, la magnitud del campo magnético cambia en proporción a la variación de la corriente, pero la fuerza del campo eléctrico quedará igual.

En el medio en que vivimos, hay campos electromagnéticos por todas partes, pero son invisibles para el ojo humano, se producen campos eléctricos por la acumulación de cargas eléctricas en determinadas zonas de la atmósfera por efecto de las tormentas. La longitud de onda y la frecuencia determinan otra característica importante de los campos electromagnéticos, las ondas electromagnéticas son transportadas por partículas llamadas cuantos de luz, los cuantos de luz de ondas con frecuencias más altas (longitudes de onda más cortas) transportan más energía que los de las ondas de menor frecuencia (longitudes de onda más largas).

Una corriente continúa, es una corriente eléctrica que fluye siempre en el mismo sentido, en cualquier aparato eléctrico alimentado con pilas fluye corriente de la pila al aparato y de éste a la pila, generándose un campo magnético estático. En cambio, las corrientes alternas forman campos electromagnéticos variables en el tiempo. Las corrientes alternas invierten su sentido de forma periódica.

Doricela Gutiérrez Cruz ₉₆

Un campo magnético tiene dos fuentes que lo originan. Una de ellas es una corriente eléctrica que da lugar a un campo magnético estático. Por otro lado una corriente de desplazamiento origina un campo magnético variante en el tiempo, incluso aunque aquella sea estacionaria.

La relación entre el campo magnético y una corriente eléctrica está dada por la ley de Ampére. El caso más general, que incluye a la corriente de desplazamiento, queda establecido por la ley de Ampére- Maxwell.

Cabe destacar que, a diferencia del campo eléctrico, en el campo magnético no existen monopolos magnéticos, sólo dipolos magnéticos, lo que significa que las líneas de campo magnético son cerradas, esto es, el número neto de líneas de campo que entran en una superficie es igual al número de líneas de campo que salen de la misma superficie.

El nombre campo magnético se ha usado informalmente para dos tipos de campos vectoriales diferentes, que se denotan normalmente como H y B; "campo magnético" e "inducción magnética" respectivamente. La diferencia física entre H y B aparece sólo en presencia de materia.

El campo magnético es una región del espacio en la que una carga eléctrica puntual de valor q y que se desplaza a una velocidad V , sufre una fuerza perpendicular y proporcional

a la velocidad, una propiedad del campo, llamada inducción magnética en ese punto, ecuación 1.

Las ecuaciones de Maxwell (Tabla 2.1) son un conjunto de cuatro ecuaciones que describen por completo los fenómenos electromagnéticos. La gran contribución de James Clerk Maxwell fue reunir en estás ecuaciones largos años de resultados experimentales debidos a Coulomb, Gauss, Ampere, Faraday y otros, introdujeron los conceptos de campo y corriente de desplazamiento, unificando los campos eléctricos y magnéticos en un solo concepto; el campo electromagnético.

Doricela Gutiérrez Cruz ₉₇

Tabla 2.1 Ecuaciones de Maxwell

Ley de Gauss (Eléctrica)

Ley de Gauss (Magnética)

Ley de Faraday

Ley de Maxwell- Ampere