De la Pila de Volta al Disco de Aragó. Última Parte

6. El magnetismo de Rotacion. Disco de Aragó.

Aragó se dedica durante dos años, desde el 1822 hasta el 1824 en estudiar el comportamiento de diversos materiales sobre una aguja imantada en movimiento. Descubre un hecho altamente extraño, como es el caso de que una aguja imantada en movimiento es inmovilizada por un disco de cobre en reposo, sin ningún contacto mecánico. Este experimento contradice los principios básicos de la mecánica newtoniana. El cobre no es un material magnético, en reposo no es atraído por un imán, en cambio en movimiento actúa como si lo fuera. Aragó piensa que tiene que existir una simetría contrapuesta, es decir, si hace girar el disco bajo una aguja imantada en reposo, esta tendría que moverse para cumplir con el tercer principio de la mecánica de acción-reacción. En efecto, comprueba que esta acertado en la hipótesis y se pregunta qué leyes dominan este extraño fenómeno, dando a conocer el 22 de noviembre de 1824 en los Annales de chimie et de physique[1]. Le llama magnetismo de rotación y lo conocemos hoy en día como disco de Aragó.

“M. Arago communique verbalement les resultats de quelques expériences qu’il a faites sur l’influence que les métaux et beaucop d’autres substances exercent sur l’aiguille aimantée, et qui a pour effect de diminuer rapidement l’amplitude des oscillations sans altérer sensiblement leur durée.”

Disco de Aragó

Disco de Aragó construido por nosotros

Los resultados completos los da a conocer el 7 de marzo de 1825 en los Annales de chimie et physique y realiza numerosas repeticiones de los experimentos de su invención ante varios físicos ingleses, suizos e italianos que estudiaban los mismos fenómenos. Incluso mantiene una discusión con Nobili y Bacelli de Modena, por diversos experimentos realizados y que estaban en contradicción con los de Aragó. Este hecho nos demuestra que los experimentos sobre magnetismo de rotación iniciados por Aragó tuvieron una repercusión científica muy importante.

Aragó, basándose en sus observaciones considera haber demostrado que todas las sustancias afectan a la rotación de la aguja imantada. En cambio Nobili y Bacelli le contradicen y aseguran que las sustancias no metálicas no tienen ninguna influencia. Aragó los replica[2] y propone que el error consiste en no tener cuidado en medir la distancia de interacción, si hubieran hecho los experimentos a una distancia más corta habrían observado la desviación de la aguja en materiales no metálicos e incluso en fluidos y gases. Babbage y Herschell[3] repitiendo los experimentos de Aragó observan los efectos en materiales buenos conductores de electricidad pero no encuentran efectos magnéticos en las sustancias no metálicas y por tanto no conductoras de la electricidad.

Para Babbage y Herschel según la teoría electrodinámica del magnetismo es difícil concebir una circulación de electricidad en materiales no conductores, que expliquen el comportamiento magnético observado por Aragó. A pesar de todo, es incomprensible que un material no magnético como el cobre y estando en reposo pueda afectar al movimiento de una aguja imantada. No tiene explicación en la mecánica newtoniana, ya que no es obvio la aparición de una fuerza que actúe sobre el movimiento produciendo la aceleración observada.

Peter Barlow[4] el 14 de abril de 1825 y por lo tanto poco después del artículo completo de Aragó, desarrolla un estudio sobre los efectos magnéticos inducidos sobre objetos de hierro en rotación. Con este artículo los ingleses quieren apropiarse de la paternidad del descubrimiento del magnetismo de rotación. Aragó reclama con contundencia ser considerado el primero en darse cuenta del efecto indicando que el 22 de noviembre de 1824 ya había comunicado a la Academia de Ciencias sus experimentos relativos a la influencia que un cuerpo en reposo metálico o de toda otra naturaleza ejerce sobre una aguja imantada oscilando sobre el disco. Por lo tanto, reclama ser el primero en observar el fenómeno del magnetismo de rotación, es consciente de la gran importancia de su descubrimiento. En sus memorias en 1850, nos recuerda que el disco de Aragó causó una fuerte impresión en la comunidad científica.

“ Cet appareil est aujourd’hui dans tous les cabinets de physique”

El disco de Aragó golpeó los pilares de la incipiente teoría electromagnética. A pesar de todos los experimentos y las teorías que se desarrollan sobre el electromagnetismo, Aragó nunca estuvo contento con la explicación que se hizo de su descubrimiento e incluso duda de la explicación dada por Faraday.

“J’avais reconnu, en déterminant avec mon ami Alexandre de Humboldt l’intensité magnétique sur la pente de la colline de Greenwich, en 1822, que l’aiguille de déclinaison mise en mouvement atteint plus tôt le repos quand elle est placée dans sa boîte que quand elle est éloignée de tous corps étrangers. Cette remarque m’avait semblé devoir mener à des conséquences importantes sur la généralité des phénomènes magnétiques jusqu’alors circonscrits et comme isolés au milieu de la science. Je n’ai jamais cessé de me préoccuper de cet ordre d’idées, et aujourd’hui encore, alors que je ne vois plus et que je ne peux plus observer, il me semble que beaucoup de recherches sont encore à tenter dans la voie que j’ai ouverte, malgré l’explication en apparence satisfaisante qui a été donnée par Faraday d’une partie des phénomènes que j’ai découverts”

 Babbage y Herschel, el 16 de Junio de 1825, avanzan una posible solución especulando que los polos del imán “induzcan” polos magnéticos contrarios en el disco de cobre. Esta inducción no es inmediata y este pequeño desfase temporal genera una componente paralela de la fuerza magnética en el disco, que es la que produce el movimiento. Fijémonos que es la primera vez que aparece la noción de “inducción” relacionado con el magnetismo y la electricidad. ¿Podría Faraday esta influenciado por este artículo? O es precisamente la observación del disco de Aragó que le sugiere inicialmente su descubrimiento sobre la inducción electromagnética?.

Para Aragó la electricidad y el magnetismo producen los mismos efectos cuando se encuentran sometidos a rotación. En el mes de agosto de 1826, considera que sus experiencias de rotación tienen que ser renovadas sustituyendo las agujas imantadas por corriente eléctricas. Construye un experimento con un disco de cobre giratorio y paralelamente a la superficie hace pasar un hilo de corriente para observar su efecto. Según Aragó se observará un movimiento en el hilo. Desgraciadamente el experimento sale mal porque se rompe el eje de giro del disco, justo en el momento que Aragó empieza a observar un ligero movimiento en el hilo.

Al día siguiente Aragó tiene que viajar hacia los Pirineos y pide a Ampere que continúe su experimento. Después de unas mejoras en el aparato hechas por Colladon, Ampere repite el experimento observando el movimiento del hilo de corriente. Al volver a Paris, Aragó los repite con ligeras modificaciones, observando siempre que no hay distinción entre los efectos producidos sobre la aguja magnética y sobre el hilo de corriente. Queda demostrado definitivamente, y otra vez, que los efectos magnéticos provienen de las corrientes eléctricas.

7. Consecuencias del Disco de Aragó.

No olvidemos que Faraday atareado con la electrólisis, vuelve al electromagnetismo por su desavenencia con la teoría electromagnética de Ampere y la incomprensión del disco de Aragó. No podía admitir que los efectos magnéticos se derivaran de corrientes eléctricas, pues creía que debía existir una simetría entre el magnetismo y la electricidad. De manera que ninguna de las dos podía dominar sobre el otro. Y el disco de Aragó no tenía explicación en términos del magnetismo, dado que el cobre no es un material magnético y por tanto en estado de reposo no aparece ninguna fuerza.

Michael Faraday

 No hay duda de que el magnetismo de rotación de Aragó ayuda a Faraday a concebir la idea de la inducción electromagnética en 1831. Estimulado por la teoría de Ampere acerca de que las corrientes eléctricas son los responsables del magnetismo y en busca de la simetría, Faraday obtiene la teoría de la inducción electromagnética. Donde el magnetismo es capaz de producir corrientes, a las que denomina corrientes inducidas. Llegando a estos resultados con experimentos modificando el disco de Aragó. Faraday introduce la corriente eléctrica a través del disco sin modificar el imán, es el disco de Faraday, en contra de Aragó que hace pasar la corriente por un hilo situado encima y paralelo al disco sustituyendo al imán.

El disco de Aragó presenta una nueva dimensión a la física de su tiempo, la dinámica de las cargas. La mayoría de los experimentos eran realizados de forma estática, Aragó incluye una variable más sin darse cuenta, el movimiento relativo de las cargas en materiales conductores. Faraday para explicar el comportamiento del disco de Aragó construye el disco de Faraday, que explica en parte la teoría de la inducción electromagnética a partir de la variación del campo magnético, existencia que impone Faraday. A pesar de todo hay detalles en el disco de Faraday que no cumplen la teoría de la inducción electromagnética, esta anomalía o excepción a la teoría se denomina paradoja de Faraday. Paradoja que enciende la chispa de la imaginación de un joven Einstein que culmina con el descubrimiento de la teoría de la relatividad, no olvidemos que el nombre del artículo del annus mirabilis 1905 se titula “Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento”.

Albert Einstein

[1] Aragó. Comunicación verbal. Annales de Chimie et de physique. 22 novembre de 1824. pp 363.

[2] F. Aragó. Note concernant les Phenòmenes magnètiques auxquels le mouvment donne naissance. Annales de chimie et de physique.213-223. 1826.

[3] C. Babbage, J.F.W. Herschel. Account of the Repetition of M. Arago’s Experiments on the Magnetism Manifested by Various Substances during the Act of Rotation. Philosophical Transactions R. Soc. Lond. 1825 115, 467-496.

[4] Peter Barlow. On the temporary magnètic effect induced in iron bodies by rotation. In a letter J.F.W. Herschel, Esq. Sec. R.S April 14th, 1825