André-Marie Ampère, «el Newton de la electricidad»

El 24 de noviembre de 1793, cuatro años y unos meses después de la toma de la Bastilla, Jean-Jacques Ampère, un próspero comerciante de sedas de Lyon vinculado al partido girondino, subía los últimos peldaños que le conducían al patíbulo. Detenido, juzgado y condenado a la pena capital, ese día era guillotinado y se convertía así en una víctima más de las idas y venidas revolucionarias. La muerte en la guillotina de su padre, al que estaba muy unido, afectó profundamente al joven André-Marie Ampère (1775-1836), entonces de 18 años, sumiéndole en una profunda depresión que le tuvo aislado durante varios años en la casa de campo familiar, situada a diez kilómetros de Lyon. Allí, sin apenas contacto con el mundo exterior, se dedicó a devorar casi como un poseso la magnífica biblioteca de su padre.

André-Marie Ampère. Créditos: Wikipedia

André-Marie Ampère nació el 20 de enero de 1775 en Lyon y fue un niño prodigio educado bajo la influencia del filósofo Rousseau/ Wikipedia

André-Marie Ampère fue un niño prodigio educado bajo la influencia del filósofo Rousseau, del que su padre era un ferviente seguidor y, por lo que siguiendo las ideas plasmadas en el Emilio, André-Marie nunca fue a la escuela, excepto para dar clase él mismo. Tras varios años dando clases particulares de matemáticas consiguió una plaza de profesor de física y química en la Escuela Central de Ain (Bourg-en-Bresse) hasta 1804, fecha en la que  se convertiría en profesor de análisis matemático en la Escuela Politécnica de París.

En 1808, Napoleón llegó a nombrarle inspector general del sistema universitario francés (puesto que ocuparía hasta su muerte) y ya en 1814 consigue entrar en la Academia de Ciencias de Francia, en la sección de geometría. En contraste con su trayectoria profesional, su vida personal fue complicada y muy difícil, y le llevó a vivir momentos como la muerte de su padre en la guillotina, el fallecimiento de su primera esposa, la separación de su segunda esposa etc…

Ampère es uno de los 72 científicos e ingenieros franceses ilustres cuyos nombres aparecen encima de los cuatro arcos de la Torre Eiffel, como Foucault, Fourier, Fresnel, Laplace, Lavoisier, Malus o Poisson, entre otros.

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Imagen del lateral de la Tour Eiffel en el que está escrito el nombre de Ámpere (derecha) / Wikimedia commons/ Autor: Rama

André-Marie mostró grandes cualidades para las matemáticas y se paseó por la óptica y por la química, e incluso se le puede calificar como casi un buen químico, ya que casi descubre el cloro, casi descubre el yodo y casi descubre la ley de Avogadro, que había sido enunciada 3 años antes pero que él desconocía, hecho por el cual también se la conoce en Francia como ley de Avogadro-Ampère. Aunque en matemáticas realizó algunas aportaciones de cierta relevancia (álgebra, análisis matemático y cálculo de probabilidades), no cabe duda de que su  mayor contribución más importante tuvo lugar en el área del electromagnetismo, a la edad de 45 años.

El conflictus electrici y la regla del hombrecillo

En 1820 el danés Hans Christian Oersted descubrió que una corriente eléctrica desviaba una aguja imantada situada en sus proximidades. Si la corriente eléctrica era capaz de hacer girar la aguja imantada, Oersted concluyó que esta corriente producía efectos magnéticos y que la electricidad y el magnetismo no son fenómenos independientes. Publicó sus resultados en el artículo “Experimenta circa effectum conflictus electrici in acum magneticam” (Experimentos sobre el efecto de una corriente de electricidad sobre la aguja magnética). Ese mismo año, Ampère tuvo noticias del increíble descubrimiento realizado por Oersted, ese “conflictus electrici” que era capaz de hacer que se desviara una aguja imantada. Oersted había comprobado que la electricidad produce efectos magnéticos. A diferencia de otros científicos franceses que pensaban que los grandes descubrimientos sólo podían realizarse en Francia, Ampère estudió y obtuvo importantes conclusiones de este experimento que, hasta el momento, era un gran descubrimiento, pero nada más. Durante el verano de 1820 repitió el experimento de Oersted y concluyó que si una corriente eléctrica produce efectos magnéticos sobre un imán, “¿por qué no iba a producir efectos magnéticos sobre otra corriente?”. En septiembre de ese año expuso sus resultados ante la Academia de Ciencias en varias sesiones. En una de esas charlas presentó la regla del hombrecillo (“reglè du bonhomme”):

“Este hombrecillo se coloca en el sentido de la corriente (la corriente recorre su cuerpo desde los pies a la cabeza), el hombre mira el punto que nos interesa y extiende su brazo izquierdo de modo que el brazo indica la dirección del campo magnético”.

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El “hombrecillo” de Ampère. Créditos: Fondos Ampère. Archivos de la Academia de Ciencias, París.

En otra de las sesiones ante la Academia Ampère anunció un hecho novedoso: era posible la acción mutua entre corrientes sin que interviniera ningún imán. Dos hilos conductores paralelos por los que circulan corrientes eléctricas se atraen o se repelen en función de si los sentidos de las corrientes son iguales u opuestos, respectivamente. Poco tiempo después Ampère formularía la expresión matemática que explicaba estas fuerzas entre corrientes eléctricas.

El Newton de la electricidad

En 1826 publicó “La teoría matemática de los fenómenos electrodinámicos deducida únicamente de la experiencia”, libro en el que afirma que “el magnetismo es electricidad en movimiento” y que “los fenómenos magnéticos dependen sólo de la existencia y del movimiento de cargas eléctricas”. Ampère explicó la existencia de imanes permanentes introduciendo la idea de que el magnetismo de los imanes permanentes está producido por una pequeña corriente a nivel molecular que él llamó molécula electrodinámica y cuyo resultado es una corriente superficial, la corriente amperiana, semejante a la corriente real que circula por un solenoide. De este modo, todos los efectos magnéticos se deben al movimiento de cargas eléctricas, tanto a nivel macroscópico como microscópico. El amperio, unidad de intensidad de corriente eléctrica, una de las unidades básicas del Sistema Internacional de Unidades, se denomina así en su honor.

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Corrientes amperianas en un imán. Créditos: A. Beléndez

No hay duda que Ampère es uno de los “grandes” del electromagnetismo y fue precisamente otro de los “grandes”, James Clerk Maxwell en su (Tratado de Electricidad y Magnetismo, Treatise on Electricity and Magnetism) quien lo denominó «el Newton de la electricidad»:

«La investigación experimental mediante la que Ampère estableció las leyes de la acción mecánica entre corrientes eléctricas es uno de los logros más brillantes de la ciencia. Todo el conjunto, teoría y experimento, parece que hubieran saltado, pleno y completo, desde el cerebro del ‘Newton de la electricidad’. Es perfecta en su forma e inatachable en exactitud, y se resume en una fórmula de la que se pueden deducir todos los fenómenos y que debe seguir siendo siempre la fórmula cardinal de la electrodinámica».

André-Marie Ampère fallecía el 10 de junio de 1836 en Marsella donde, a pesar de su lamentable estado de salud, había viajado para realizar una inspección universitaria. Sus restos descansan en el cementerio de Montmartre de París, en una tumba que comparte con su querido y admirado padre Jean-Jacques.

Augusto Beléndez

Catedrático de Física Aplicada de la Universidad de Alicante y miembro de la Real Sociedad Española de Física

Bibliografía

Beléndez, A., “La unificación electromagnética: 150 aniversario de las ecuaciones de Maxwell”, Mètode, No. 84, 16-21 (2015).

Díaz-Hellín, J. A., El gran cambio de la Física. Faraday (Nivola libros y ediciones. Madrid, 2001).

Fernández-Rañada, A., “Mi clásico favorito: André-Marie Ampère”, Revista Española de Física, Vol. 28, No. 2, 46-50 (2014).

Clerk Maxwell, J., A Treatise on Electricity and Magnetism (Clarendon Press, Oxford, 1873).

Pérez, M. C., y Varela, P., Orígenes del electromagnetismo: Oersted y Ampère (Nivola libros y ediciones. Madrid, 2003).

Udías, A., Historia de la Física: De Arquímedes a Einstein (Síntesis. Madrid, 2004).

El Universo Mecánico. Episodio 35: “El campo magnético” (CALTECH, 1985).

André-Marie Ampère, Wikipedia (Consultado el 19 de abril de 2017).

Ampère et l’histoire de l’électricité