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FísicaBiografía

Maxwell, James Clerk (1831-1879).

James Clerk Maxwell.

Físico escocés que elaboró la teoría unificada del electromagnetismo y la teoría cinética de los gases. Nacido en Edimburgo el 13 de junio de 1831, es uno de los grandes físicos del siglo XIX, junto con Faraday, como iniciador de la teoría moderna de la electricidad, y sin duda, un científico equiparable a Newton o Einstein. En su honor lleva su nombre la unidad del flujo magnético en el sistema CGS.

Hombre tímido, muy religioso y de un agudo sentido del humor, huérfano de madre desde los nueve años, estudió en la Edimburgh Academy, donde recibió el apodo de "Dafty" (diminutivo de 'chiflado'), a causa de su acento campesino, su vestimenta poco elegante y su peculiar sentido del humor. A los quince años ya había inventado el método que consistía en trazar una elipse con la única ayuda de un cordel y unos alfileres. En 1847 ingresó en la Universidad de Edimburgo, y en 1850 lo hizo en el Trinity College de Cambridge, donde fue el segundo de su promoción y recibió el Premio Smith en 1854.

En 1856, se incorporó como profesor en el Mariscal College de Aberdeen, ciudad en la que contrajo matrimonio con la hija del rector de la Universidad, y con la que llevó a cabo experimentos sobre la viscosidad de los gases. En 1860 se trasladó al King's College de Londres, donde permaneció hasta 1865, fecha en la que murió su padre y decidió volver a su ciudad natal en calidad de investigador. No obstante, fue convencido para que aceptara la cátedra Cavendish de Física Experimental en Cambridge, donde abrió su laboratorio en 1874, el cual se convirtió en una de las instituciones más importantes en cuanto a la formación de científicos.

Contrajo cáncer en 1879, enfermedad a causa de la que falleció el 5 de noviembre del mismo año, en Cambridge.

Obra científica

La vasta labor científica de este autor abarca diversos campos. En relación al color, comenzó a investigar en 1849, y llegó a demostrar que todos los colores se derivan de los colores primarios rojo, verde y azul. Todo ello, le condujo a obtener la primera fotografía en color en 1861, mediante un proceso de tres colores: fotografió una tela escocesa a cuadros, el tartán.

En astronomía, y a lo largo de un periodo comprendido entre 1855 y 1859, observó los anillos de Saturno y demostró que no era un anillo sólido o fluido, sino un conjunto de cuerpos diminutos en órbita, puesto que de no ser así el sistema anular, al que él denominaba "el vuelo de los trozos de ladrillo", no sería estable.

En termodinámica y teoría cinética de los gases, completó el modelo ya existente de un gas formado por moléculas en continuo movimiento que chocan entre sí y con las paredes que tiene el gas; el modelo ya había sido concebido por Daniel Bernouilli y hombres menos conocidos como J. Herapath y J. J. Waterston. Maxwell y Boltzmann, de forma independiente, emplearon la estadística matemática y el cálculo de probabilidades para describir la magnitud de la variación de la velocidad de las moléculas gaseosas. De ello, se obtuvo la distribución de velocidades de Maxwell-Boltzmann. Maxwell publicó en 1859 su primer trabajo en este campo, que introdujo una forma de razonamiento matemático en la concepción de los gases. Demostró que la distribución de estas velocidades dependía de la temperatura y concluyó que el calor se almacena en el movimiento de las moléculas gaseosas. Esta teoría empezó a aplicarse a fenómenos de difusión, viscosidad y conductividad térmica de los gases.

En 1865, junto con su esposa, descubrió de manera experimental, que en un gas la viscosidad es independiente de la presión y casi proporcional a la temperatura, de lo que se deducía que el comportamiento de los gases era realmente distinto al de los sólidos. Esto último sólo era coherente con la teoría de Maxwell en el caso de que las moléculas se repelieran entre sí con una fuerza proporcional a la distancia que las separa elevada a la quinta potencia.

Maxwell y su esposa Katherine Mary Dewar.

En electromagnetismo demostró desde sus primeros estudios, realizados con veinticinco años de edad, que el flujo de un líquido incomprensible tenía idéntico comportamiento al de los campos de líneas, basándose en la hipótesis de que los efectos eléctricos y magnéticos emanan de dichos campos de líneas que se constituyen alrededor de los imanes o de los conductores.

A lo largo de los años 1861 y 1862 logró unificar los fenómenos electromagnéticos, gracias a desarrollos matemáticos. Después, con las constantes electromagnéticas conocidas, podía interpretarse la propagación de las ondas transversales; calculó que la velocidad de estas ondas era similar a la de la luz y de ahí dedujo que la luz no es más que ondas electromagnéticas trasversales que se propagan por el éter (la teoría del éter como medio propagador no fue descartada hasta los experimentos interferométricos de Michelson y Morley).

En 1864, Maxwell estableció las ecuaciones fundamentales del electromagnetismo, denominadas ecuaciones de Maxwell, que resumen todas las leyes del electromagnetismo y llevan a importantes consideraciones sobre la naturaleza electromagnética de la luz. Estas ecuaciones son el reflejo analítico de leyes ya conocidas, pero que introducen modificaciones al suministrar la conexión entre los campos eléctrico y magnético, así:

- la primera ecuación es la ley de Gauss sobre las acciones electrostáticas.
- la segunda es la ley de Gauss para el campo magnético, y traduce el experimento del imán partido (inexistencia de polos magnéticos independientes).
- la tercera expresa la ley de inducción de Faraday.
- la cuarta expresa el teorema de Ampère, pero fue Maxwell quien formuló la ley.

También postuló que la luz representa una región pequeña del espectro de ondas electromagnéticas, hecho que Heinrich Hertz confirmó en 1888, cuando descubrió la zona de radioondas del espectro en el laboratorio de Karlsruhe.

Estas ecuaciones son compatibles con el principio de la relatividad, pues son invariables frente a una transformación de Lorentz. La síntesis de las interacciones electromagnéticas que expresan estas ecuaciones es uno de los mayores logros de la Física. En 1873 publicó Teoría dinámica del campo electromagnético, libro de texto de varias generaciones de estudiantes de electrodinámica que continúa siendo referencia obligada.

Autor

  • Rosario Domingo Navas