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Hertz se recrea en EAFIT

​​​​El semillero de investigación en Electromagnetismo Aplicado adelanta un proyecto para recrear el experimento con que Heinrich Hertz logró detectar las ondas electromagnéticas y entender su propagación, la base para el desarrollo de las telecomunicaciones modernas.

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​Para elaborar la bobina se debe hacer girar el núcleo de hierro, evitando daños en el alambre de cobre.
Juan Ignacio García
Colaborador​ / Semilleros​

El mundo contemporáneo no se entiende sin el trabajo sobre ondas electromagnéticas de Hertz y las aplicaciones desarrolladas con base en este. Cada transmisión de televisión, conversación por teléfono celular o conexión a internet vía Wi-Fi, es un testimonio de la importancia de la labor que el científico germano realizó en 1887. 

Pero ¿por qué fue fundamental lo que hizo Hertz y por qué es relevante reproducir su famoso experimento? Para entenderlo se debe contextualizar el estado del arte en la investigación de ondas electromagnéticas en el siglo XIX.

El campo electromagnético​

​El profesor José Ignacio Marulanda Bernal, coordinador del semillero de investigación en Electromagnetismo Aplicado, señala que en el siglo XIX, a partir de los trabajos de científicos como Benjamin Franklin, Charles-Augustin de Coulomb, Michael Faraday y André-Marie Ampère, se desarrollaron varios postulados que demuestran una relación entre los campos eléctricos y magnéticos.


A mediados de la década de 1850, un físico escocés, James Clerk Maxwell, planteó una serie de ecuaciones que condensaron varia
s de estas teorías y demostró que los campos eléctricos y magnéticos variables en el tiempo estaban íntimamente relacionados. 

Su teoría matemática predecía, además, que las perturbaciones electromagnéticas se debían propagar​ a través del espacio a la misma velocidad y con características de onda similares a las de la luz. “En esa predicción se basó Hertz para proponer un experimento en donde en un lado del laboratorio él iba a producir esa perturbación y la debía detectar en otro lado del laboratorio casi que instantáneamente”, dice Marulanda.

El experimento​

Hertz construyó un dispositivo compuesto por dos varillas de cobre sobre un tablón de madera; cada una tenía en uno de sus extremos una pequeña esfera de cobre y en el otro una grande. Estas últimas servirían como capacitores o condensadores que almacenan carga eléctrica.


“Para romper el dieléctrico entre las esferas pequeñas –en este caso aire– se necesita un voltaje muy alto. Como él no podía suministrarlo inmediatamente, tenía que acumular carga y, cuando era suficiente, se generaba la descarga”, señala Camilo Jaramillo Correa, estudiante de Ingeniería Física e integrante del semillero.

Las esferas pequeñas, separadas entre sí por un pequeño espacio, serían las que producirían la ruptura del aire con una chispa. La electricidad la generaba una bobina de Ruhmkorff, en esencia un transformador de 20 mil voltios que produciría descargas intermitentes para crear una variación temporal en el flujo del campo magnético suficiente para inducir voltaje de un circuito en el otro.

Así se genera una onda electromagnética que, según lo postulado por las ecuaciones de Maxwell, debía propagarse a la velocidad de la luz y llegar al detector que se componía de una espira o alambre circular sin cerrar completamente y dos pequeñas esferas conductoras conectadas a los extremos. 


Las ondas inducirían un campo eléctrico variable en el detector, lo cual generaría una diferencia de potencial entre las dos pequeñas esferas del receptor que, si llegaba a ser lo suficientemente grande, produciría una chispa.
 
A pesar de los aproximadamente 30 metros de distancia entre el emisor y el receptor, la chispa del oscilador generó una similar en el detector. La teoría de Maxwell se confirmó, y con la publicación de Hertz en 1893 del libro sobre este experimento y otros estudios de las ondas electromagnéticas, se abrió un nuevo mundo en la ciencia.

Replicar un hito​

Hacer el experimento lo más fidedigno al original es el propósito de Aída Arnedo León, Camilo Jaramillo Correa, Andrés Yarce Botero y Daniel Andrés Campo Caicedo, estudiantes de séptimo semestre de Ingeniería Física e integrantes del semillero de investigación en Electromagnetismo Aplicado. 

Sin embargo, ciertas características de los elementos usados en 1887 significan riesgos y desgastes innecesarios en la actualidad.​

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A través de la reproducción de este experimento los estudiantes participantes entienden el comportamiento de las ondas electromagnéticas y, sobre todo, cómo producirlas en un plano práctico además de teórico.

Para generar la carga inicial que pasa por la bobina, Hertz usó “una pila química que utiliza ácido sulfúrico. Nosotros, por dificultad de conseguir tanto los químicos como de estar haciendo las pilas repetidamente, decidimos utilizar dos pilas de 9 voltios que no afectaran en nada el experimento”, dice León. De manera demostrativa solo construirán una pila similar a la usada por el científico alemán.

Las esferas de capacitancia (que almacenan la carga eléctrica), y donde se produce la chispa o descarga, serán del mismo material y del mismo diámetro que las usadas por Hertz, al igual que el receptor que tendrá la misma forma circular. 

La bobina es hecha por los mismos estudiantes en un proceso largo y minucioso que consiste de un embobinado primario con alambre de cobre esmaltado de alto calibre, enrollando 20 vueltas, y de uno secundario con un alambre de 0,3 milímetros de aproximadamente 20.000 vueltas. 

Para lograr construir este último, deben enrollar 22 capas, cada una de 920 vueltas en el núcleo de hierro de 30 centímetros, con cuidado de no romper el alambre, ya que cualquier peladura o rayón en este puede generar un cortocircuito y perjudicar el funcionamiento.​

Las ondas electromagnéticas producidas en este experimento están por fuera del espectro visible para el hombre.

A través de la reproducción de este experimento, los estudiantes participantes entienden el comportamiento de las ondas electromagnéticas en un plano práctico además de teórico.​ 






Dato

El trabajo de Heinrich Hertz sobre las ondas electromagnéticas llevó a que en 1930 la Comisión Electrotécnica Internacional nombrara la unidad de medida de la frecuencia como Hercio o Hertz, nombre aceptado en 1960 por la Conferencia General de Pesos y Medidas. 
Un hercio representa un ciclo por cada segundo, entendiendo ciclo como la repetición de un suceso como una onda sonora o electromagnética.
​ “El hecho de participar en un semillero que está activo y que nos está dejando mucho conocimiento en cuanto a las metodologías de investigación, nos da capacidades que van a ser muy útiles luego”, dice Yarce.​
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El mundo contemporáneo no se entiende sin el trabajo sobre ondas electromagnéticas de Hertz.

​Otro objetivo es brindar una herramienta útil para la enseñanza de la física y el electromagnetismo a otros estudiantes, colegiales o universitarios, a través de una experiencia pedagógica práctica y que se puede tener como piloto para la comprobación y entendimiento de otros fenómenos del electromagnetismo. 

Para Marulanda, “esta es una buena apuesta porque los semilleros son espacios inclusivos donde cabe cualquier miembro, no está restringido a estudiantes y profesores. Aquí puede entrar un ‘gomoso’, un chico de la Universidad de los Niños y estamos hablando de niños de 7 u 8 años. Es un espacio abierto que EAFIT nos ofrece para quien quiera investigar, sea curioso, quiera enfrentarse a un laboratorio, un experimento”.​

Investigador​

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José Ignacio Maruland​a Bernal

Físico y especialista en Telemática, Universidad de Antioquia; magíster en Física, Universidad Nacional de Colombia (sede Medellín); y PhD en Ingeniería Eléctrica, Universidad Católica de Río de Janeiro. Coordina el semillero de investigación en Electromagnetismo Aplicado y es profesor de tiempo completo del Departamento de Ciencias Básicas (Escuela de Ciencias y Humanidades) de la Universidad EAFIT.​​

Más información​​

Última modificación: 06/03/2017 13:15