Andre Marie Ampere

Lyon, 20 de enero de 1775 - Marsella, 10 de junio de 1836

Fue un matemático y físico francés. Inventó el primer telégrafo eléctrico y, junto con François Arago, el electroimán. Formuló en 1827 la teoría del electromagnetismo. El amperio (en francés ampere) se llama así en su honor.André-Marie Ampère fue un niño precoz y, antes de conocer los números, ya hacía cálculos con ayuda de piedritas y migas de pan. Su padre, Jean-Jacques Ampère, era un ferviente seguidor de Rousseau y, siguiendo su libro Emilio, o De la educación, le dio una instrucción sin obligaciones: Ampère «nunca fue a la escuela» salvo para dar clases él mismo. Su padre le enseñó ciencias naturales, poesía y latín, hasta que descubrió el interés y el talento de su hijo para la aritmética. Desde los cuatro años ya leía a Buffon y no retoma más que las lecciones de latín para poder entender los trabajos de Leonhard Euler y de Daniel Bernoulli.


En 1793 sufrió una profunda depresión por la muerte de su padre quien, retirado como juez en Lyon, se opuso firmemente a los excesos revolucionarios que llevaron al levantamiento de Lyon contra la Convención nacional y al sitio de Lyon; al poco tiempo arrestado, fue llevado a prisión y ejecutado el 25 de noviembre.


En 1796, André-Marie conoce a Julie Carron, con quien se casa en 1799. A partir de 1796, Ampère da en Lyon clases privadas de matemáticas, química e idiomas. En 1801, obtiene el puesto de profesor de Física y Química (en Francia fundidas en una sola asignatura) en Bourg-en-Bresse, en la École centrale de Ain (actualmente, preparatoria Lalande), dejando en Lyon a su esposa y a su hijo (llamado Jean-Jacques, en honor a su padre). Su esposa muere en 1803. Su pequeño tratado, publicado en 1802, Considérations sur la théorie mathématique du jeu (Consideraciones sobre la teoría matemática del juego) atrae la atención de Jean Baptiste Joseph Delambre, cuya recomendación le permite ser nombrado profesor de Matemáticas trascendentes en la preparatoria de Lyon (hoy en día, Escuela Ampère).


En 1804, nombrado profesor particular de análisis en la École polytechnique, se instala en París. En 1806, se casa en segundas nupcias con Jeanne-Françoise Potot, quien muere en Versailles en 1866 a los 88 años. Tuvieron una hija llamada Albine.


En 1808, es nombrado Inspector General de la Universidad y profesor de matemáticas en la École Polytechnique, volviéndose más popular que el gran matemático Cauchy.


Ampère muere durante una jornada de inspección en la enfermería del liceo Thiers de Marsella en 1836 a los 61 años.Desde niño demostró ser un genio. Siendo muy joven empezó a leer y a los doce años iba a consultar los libros de matemáticas de la biblioteca de Lyon. Como la mayoría de los textos estaban en latín, aprendió esa lengua en unas pocas semanas.


Ampère trabajó igualmente en la matemática, concentrándose en la teoría de probabilidades y en la integración de las ecuaciones diferenciales parciales.


En 1820, a partir del experimento de Hans Christian Oersted, estudió la relación entre magnetismo y electricidad. Descubrió que la dirección que toma la aguja de una brújula depende de la dirección de la corriente eléctrica que circula cerca y dedujo de esto la regla llamada « de Ampère»: un hombre está acostado sobre el conductor; la corriente, que va por convención de más a menos, lo atraviesa de pies a cabeza; sus ojos apuntarán a la aguja imantada. El polo norte de esta aguja se desplaza entonces a su izquierda. Esto es ejemplificado también en la regla de la mano derecha: si se separan los tres primeros dedos de la mano derecha de manera que el cordial indique la dirección del campo magnético y el pulgar la del movimiento, entonces el índice indicará la dirección por la que circula la corriente.


De las leyes de Ampère, la más conocida es la de electrodinámica. Esta describe las fuerzas que dos conductores paralelos atravesados por corriente eléctrica ejercen uno sobre otro. Si el sentido de la corriente es el mismo en los dos conductores, estos se atraen; si la corriente se desplaza en sentidos opuestos, los conductores se repelen. Describe igualmente la relación que existe entre la fuerza de corriente y la del campo magnético correspondiente. Estos trabajos fundan la electrodinámica e influencian considerablemente a la física del siglo XIX.


Ampère interpreta el fenómeno del magnetismo con la teoría de la corriente molecular, según la cual innumerables partículas minúsculas, cargadas eléctricamente, estarían en movimiento dentro del conductor. Esta teoría es rechazada por los científicos de la época y no se impone hasta sesenta años después gracias al descubrimiento del electrón.


Además de su trabajo sobre la electrodinámica, intenta explicar ciertos fenómenos químicos con la geometría de las moléculas y emite, al igual que Avogadro, la hipótesis de que el número de moléculas contenidas en un gas es proporcional a su volumen.

Efecto Oersted

En 1820 Oersted dio a conocer su descubrimiento de que la corriente eléctrica produce efectos magnéticos, observando como el paso de una corriente eléctrica hace desviarse a una aguja imantada.

Su línea de trabajo giraba en torno a la idea de la unidad de las fuerzas, es decir, de que todas las fuerzas son simplemente manifestaciones de las fuerzas atractivas y repulsivas fundamentales.

Fuerza de Campo Magnético sobre cargas y conductores

Carga Eléctrica 

Es conocido que un conductor por el que circula una corriente sufre una fuerza en presencia de un campo magnético. Puesto que la corriente está constituida por cargas eléctricas en movimiento, empezaremos por estudiar la fuerza sobre una única carga.

Fuerza de Lorentz: cuya dirección es perpendicular a los vectores  y cuyo módulo viene dado por: 

F = q.V.B. 

Conductor Eléctrico 

Una corriente eléctrica consiste en un movimiento definido de cargas eléctricas en un conductor. Un campo magnético ejerce una fuerza magnética sobre una carga aislada en movimiento. Por consiguiente, es de esperarse que un campo magnético ejerza una fuerza magnética sobre un conductor rectilíneo por el cual circula una corriente eléctrica.

Para comprobarlo basta colocar un conductor rectilíneo PQ de longitud l perpendicularmente a un campo magnético uniforme de inducción magnética . Si por el conductor se hace pasar una corriente eléctrica de intensidad I en el sentido indicado, el campo magnético actúa sobre el conductor con una fuerza , por lo que el conductor se mueve o tiende a moverse en el sentido de dicha fuerza.

El Ciclotrón

El ciclotrón es un acelerador de partículas circular que, mediante la aplicación combinada  de un campo eléctrico oscilante y otro magnético consigue acelerar los iones haciéndolos girar en órbitas de radio y energía crecientes.El método directo de acelerar iones utilizando la diferencia de potencial presentaba grandes dificultades experimentales asociados a los campos eléctricos intensos. El ciclotrón evita estas dificultades por medio de la aceleración múltiple de los iones hasta alcanzar elevadas velocidades sin el empleo de altos voltajes.

El ciclotrón consta de dos placas semicirculares huecas, que se montan con sus bordes diametrales adyacentes dentro de un campo magnético uniforme que es normal al plano de las placas y se hace el vacío. A dichas placas se les aplican oscilaciones de alta frecuencia que producen un campo eléctrico oscilante en la región diametral entre ambas. Como consecuencia, durante un semiciclo el campo eléctrico acelera los iones, formados en la región diametral, hacia el interior de uno de los electrodos, llamados Ds, donde se les obliga a recorrer una trayectoria circular mediante un campo magnético y finalmente aparecerán de nuevo en la región intermedia. 

Inseparabilidad de los polos

Ley de inseparabilidad de los polos Magnéticos

Si a un imán lo quebramos en dos piezas; se obtiene 2 piezas de imán cada uno con sus dos polos magnéticos. Hasta donde se sabe, los polos magnéticos siempre vienen en pares. Los científicos han tratado de "romper" los imanes, aun a nivel microscópico en "monopolos" separados (imanes de un solo polo), pero ninguno ha tenido éxito.- Coulomb explicó la "inseparabilidad de los polos magnéticos" admitiendo que el magnetismo de los cuerpos se encuentra en las moléculas del imán.

Ley de Ampere

Modelada por André-Marie Ampère en 1831, relaciona un campo magnético estático con la causa que la produce, es decir, una corriente eléctrica estacionaria. James Clerk Maxwell la corrigió posteriormente y ahora es una de las ecuaciones de Maxwell, formando parte del electromagnetismo de la física clásica.

La ley de Ampére explica, que la circulación de la intensidad del campo magnético en un contorno cerrado es igual a la corriente que recorre en ese contorno.

Campo magnético creado por un conductor circular

El campo magnético es un campo angular con forma circular, cuyas líneas encierran la corriente. La dirección del campo en un punto es tangencial al círculo que encierra la corriente.

El campo magnético disminuye inversamente con la distancia al conductor. 

Una espira es un hilo conductor en forma de línea cerrada, pudiendo ser circular, rectangular, cuadrada, etc. y es una de las vueltas de una bobina. 

Si por la espira hacemos circular una corriente eléctrica, el campo magnético creado se hace más intenso en el interior de ella.

Fuerza magnética entre corrientes paralelas

Como una corriente en un conductor crea su propio campo magnético, es fácil entender que los conductores que lleven corriente ejercerán fuerzas magnéticas uno sobre el otro. Como se vera, dichas fuerzas pueden ser utilizadas como base para la definición del ampére y del Coulomb. 

Considérese dos alambres largos, rectos y paralelos separados a una distancia a que llevan corrientes I¹ e I² en la misma dirección, como se muestra. Se puede determinar facilmente la fuerza sobre uno de los alambres debida al campo magnético producido por el otro alambre. El alambre 2, el cual lleva una corriente I², genera un campo magnético B² en la posición del alambre 1, la fuerza magnética sobre una longitud l del alambre 1 es F¹ = I¹l x B²

Esto se puede reescribir en términos de la fuerza por unidad de longitud como, la dirección de F¹ es hacia abajo, hacia el alambre 2. Si se considera el campo sobre el alambre 2 debido al alambre 1, la fuerza F² sobre el alambre 2 se encuentra que es igual y opuesta a F¹.

Conductores paralelos que lleven corrientes en la misma dirección se atraen uno al otro, mientras que conductores paralelos que lleven corrientes en direcciones opuestas se repelen.

Campo magnético creado por un Soleroide

El campo magnético creado por un solenoide tiene

 las líneas de fuerza en su interior, son   perpendiculares 

al plano de la espira y cerradas sobre sí mismas.

De acuerdo con la regla de la mano derecha,

 para determinar el sentido del vector inducción,

 bastara coger la espira en uno cualquiera 

de sus puntos con el dedo pulgar señalando

 el sentido de la corriente y verificar el giro

 de los restantes dedos de la mano.

Ese será el sentido del vector inducción. Puesto que una corriente eléctrica se comporta de forma similar a un imán, vamos a ver como pueden determinarse sus polos magnéticos para el caso de una espira, solenoide, etc. Como regla general puede establecerse que en toda espira, si la corriente que la recorre tiene sentido antihorario cuando se la observa frontalmente, esa cara es NORTE, en tanto si el sentido de circulación es horario, la cara que presenta es SUR.

Ley de Biot Savart

La ley de Biot-Savart, relaciona los campos magnéticos con las corrientes que los crean. De una manera similar a como la ley de Coulomb relaciona los campos eléctricos con las cargas puntuales que las crean. La obtención del campo magnético resultante de una distribución de corrientes, implica un producto vectorial, y cuando la distancia desde la corriente al punto del campo está variando continuamente, se convierte inherentemente en un problema de cálculo diferencial.