La historia de la electricidad

Contenidos

Un misterio inexplicado durante siglosLa brújula, un misterio por resolverRedescubriendo un descubrimientoEl siglo XVIII: un nuevo impulsoElectricidad y magnetismo van de la manoUn siglo de nuevas maravillasHacia un futuro mejor

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Un misterio inexplicadodurante siglos

Los primeros descubrimientosLos fenómenos eléctricos en la Naturaleza sonconocidos desde la antigüedad, aunque no fuehasta aproximadamente el 600 A.C. cuandoThales de Mileto comprobó las propiedadeseléctricas del ámbar, el cual al ser frotado conuna pieza de lana era capaz de atraer a peque-ños objetos. A su modo, ofreció una verdaderahipótesis científica al afirmar: "estas substan-cias encierran alma, están vivas, puesto quepueden atraer hacia si materias inanimadas,como mediante una aspiración del soplo".Tam-bién se descubrió que dos varillas de ámbarluego de ser frotadas se repelían, pero la razónde estos fenómenos no era comprendida.

Posteriormente, los romanos ensayaron losprimeros métodos de electroterapia de la his-toria, sumergiendo a los paralíticos en lagunascon abundancia de peces eléctricos a fin deque los inválidos recibieran sus descargas, lasque consideraban benéficas. Más tarde secomprobó que otros cuerpos, como la piedraimán, el vidrio, la resina, el diamante y el cuar-zo, tenían fuerza de atracción semejante a ladel ámbar. Sin embargo tuvieron que transcu-rrir muchos siglos para que se buscara unaexplicación racional de aquellos fenómenos.

En realidad, ni la civilización griega ni la roma-na, ni luego el mundo de la Edad Media (cuan-do la ciencia era una herejía e implicaba lahoguera para sus practicantes) contribuyeronde manera importante a la comprensión de laelectricidad y del magnetismo. A pesar de quesus efectos continuaron interesando esporádi-camente a los eruditos y atemorizando a losignorantes, el estudio científico de la electrici-dad se inició recién en el siglo XVII.

El ámbar se forma dela resina vegetal fosili-zada de árboles quedatan de hace 25 a 40millones de años.

Thales de Mileto(630–550 AC) Explicólos eclipses de sol yde luna.

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La brújula, un misterio por resolver

El padre del geomagnetismoGuillermo Gilbert (1544-1603), educado comomédico y matemático en Cambridge, llegó aser el científico más distinguido en Inglaterradurante el reinado de la Reina Isabel I. Su obramás importante está relacionada al estudio delmagnetismo y fue publicada en 1600, bajo eltítulo De Magnete, Magneticisque Corporibus,et de Magno Magnete Tellure (Sobre el magne-tismo, cuerpos magnéticos y el gran imán telú-rico o Tierra). En ella resume todas sus investi-gaciones sobre cuerpos magnéticos y atraccio-nes eléctricas, siendo el primero en usar lostérminos atracción eléctrica y fuerza eléctrica.Por este motivo es considerado por muchos elpadre de los estudios de fenómenos eléctricosy geomagnéticos.

En la ilustración, Guillermo Gilbert muestra ala reina Isabel que las agujas, como las brúju-las sobre la superficie de la Tierra, toman dis-tintas posiciones sobre una esfera construidacon piedra imán. A Gilbert le debemos lanoción (ahora sabida) de que la propiedad mis-teriosa de la aguja de la brújula de apuntarhacia el norte proviene del hecho de que lapropia Tierra es un enorme imán.

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Los primeros estudios científicosPasaron más de 2.000 años sin avances desdeTales de Mileto hasta que el inglés GuillermoGilbert, médico de cámara de la reina Isabel I,retoma alrededor del 1600 los estudios de losgriegos y emplea por primera vez la palabraelectricidad para describir sus experimentossobre electricidad y magnetismo. En su obraDe Magneticisque Corporibus et de MagnoMagnete Tellure detalló que algunas sustanciascomo el vidrio, el azufre y la resina se compor-taban como el ámbar, y cuando eran frotadasatraían objetos livianos; mientras que otrascomo el cobre o la plata no ejercían ningunaatracción. A las primeras las llamó "eléctricas",mientras que a las segundas las denominó"aneléctricas".

En 1672 el físico alemán Otto von Guerickedesarrolló la primer máquina electrostáticapara producir cargas eléctricas. Esta máquinaconsistía de una esfera de azufre que podíahacer girar con una mano y frotar con la otra.Además de atraer pequeños trozos de papelproducía (lo cual era inesperado) crujidos ydiminutas chispas mientras se la frotaba. Porprimera vez se veía que la electricidad podíafluir, aunque en realidad se pensaba que era unfluido que podía ser transferido de un objeto aotro por frotamiento. Luego, a fines de 1673 elfrancés François de Cisternay Du Fay identificóla existencia de dos cargas eléctricas, positiva ynegativa. Según su teoría, estas cargas estabanligadas a la existencia de dos tipos de fluidoseléctricos: uno de atracción y otro de repulsión.

Redescubriendo un descubrimiento

La carga producida porfrotamiento sobre unaesfera giratoria es condu-cida mediante un tubometálico, y el hombre ubi-cado en el extremo recibeun shock eléctrico. El fras-co de agua que sostieneera un intento de almace-nar carga. De allí se origi-nó la botella de Leyden.

Luego de estos estudios los avances científicosfueron casi nulos hasta el siglo XVIII. Esto ocu-rrió porque en esa época, Europa se enfocó enel rédito económico que obtenía de sus colo-nias y de la conquista militar. En este sentido,la inversión en estas empresas dejaba grandesganancias a diferencia del conocimiento cientí-fico, el cual a menudo se consideraba comomera excentricidad.

Otto von Guericke (1602-1686) Aparte de su carreracomo jurista su pasión fuela física. Ideó el famosoexperimento de los hemis-ferios de Magdeburgo.

François de Cisternay duFay (1698–1739) Físicofrancés que estableció lasbases para la comprensiónde las cargas eléctricaspositiva y negativa.

El siglo XVlll: un nuevo impulso

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Una época de nuevos descubrimientosCon posterioridad a la esfera de Guericke, elsiguiente invento “práctico” fue el primer alma-cenador de carga eléctrica (1745). Este disposi-tivo fue conocido como botella de Leyden (porla ciudad en que se lo inventó) y consistía enuna botella de vidrio parcialmente llena deagua con un gancho metálico que colgaba através del corcho.

A partir de 1780, la revolución industrial impul-só las investigaciones y el conocimiento cientí-fico. En esta época, Benjamín Franklin rebatiólas teorías de Du Fay y postuló que la electrici-dad era un fluido único, calificando a las sus-tancias en eléctricamente positivas y negativasde acuerdo con el exceso o defecto de ese flui-do. Franklin confirmó también que el rayo eraefecto de la conducción eléctrica a través de uncélebre experimento, en el cual la chispa baja-ba desde un barrilete remontado a gran alturahasta una llave que él tenía en la mano. Poste-riormente se estableció la distinción entre losmateriales aislantes y conductores. Los aislan-tes eran aquéllos a los que Gilbert había consi-derado "eléctricos", en tanto que los conducto-res eran los "aneléctricos".

En 1785, el francés Charles Coulomb corroboróque la fuerza entre cargas eléctricas era pro-porcional al producto de las cargas e inversa-mente proporcional al cuadrado de la distanciaque separaba las cargas. Este enunciado seconoció como Ley de Coulomb.El italiano Galvani hizo otro descubrimientoimportante en forma accidental hacia fines delsiglo XVIII. En 1786 observó que al conectar unalambre de hierro o latón al nervio de una patade rana y una varilla al músculo, éste se con-traía del mismo modo que cuando se le hacíapasar una descarga eléctrica.

La conclusión a la que llegó Galvani fue quelos músculos de la rana, a manera de unabotella de Leyden, están cargados de electrici-dad positiva en el interior y negativa en elexterior de cada músculo. Galvani pensabaque, de alguna manera misteriosa, las patashabían producido su propia electricidad.Esto último fue lo que condujo a pensar a lacorriente eléctrica como una cuestión insertadentro del campo de la medicina, tal comoGeorge Adams y Benjamín Franklin lo habíanconsiderado.

Alejandro Volta, profesor de la Universidad dePavia, Italia, no aceptó la conclusión ofrecidapor Galvani y demostró que la contracción delas patas de la rana observada por Galvani notenía nada que ver con la rana en sí, sino queera debida a los alambres de hierro y latón, losque generaban electricidad al tomar contactocon la humedad salina de la rana. Más tarde,Volta fabricó una pila con placas de cobre ycinc superpuestas y en contacto con una solu-ción salina. El resultado fue una corriente eléc-trica que fluía por el hilo de unión.

Sin embargo, había muy poco en los estudiosque se hacían en aquellos tiempos que tuvieraverdadero significado. A la electricidad se laconsideraba más bien como un juego paraatraer o repeler y producir chispitas. Y en reali-dad, las minúsculas cantidades de electricidadgeneradas por las máquinas de frotamiento notenían ninguna utilidad práctica. Casi todos losconocimientos actuales de electricidad se ad-quirieron en los últimos 200 años.

La botella de Leyden, antecesoradel capacitor. Cuando se conectabael gancho a una fuente de energíaestática, la botella se cargaba.

Alejandro Volta (1745-1827) construyó loque posteriormente sellamó una pila voltai-ca, que fue el primerdispositivo electroquí-mico que sirvió comofuente de electricidad.El voltio, la unidad depotencia eléctrica, sedenomina así en reco-nocimiento a su labor.

Un nuevo término: electromagnetismoEn 1819 salió a la luz un aspecto enteramentenuevo de la electricidad. Desde los tiempos deGilbert se pensaba que la electricidad y elmagnetismo debían estar relacionados dealguna manera desconocida. Cuando JuanOersted provocó el desvío de una brújula mag-nética colocándole encima un cable que con-ducía una corriente eléctrica, demostró la natu-raleza de esta relación: un conductor por elcual circule una corriente eléctrica se comportacomo un imán. Al año siguiente Oersted de-mostró que el conductor queda rodeado porun campo magnético.

Andrés María Ampere desarrolló estos descu-brimientos con una maravillosa serie de expe-rimentos, mediante los cuales pudo deducirclaramente las leyes de atracción y repulsiónentre cables conductores de corrientes eléctri-cas: había inventado el electroimán. Comoestas fuerzas obedecían a leyes precisas –ycuanto más grande la corriente, mayor la fuer-za que ejercía– este efecto pudo ser utilizadopara mediciones eléctricas. Es el principio enque se basan el galvanómetro y la mayoría delos amperímetros y voltímetros. Más tarde de-finió la unidad de medida de la electricidad, elamperio, denominada así en su honor.En 1827 Jorge Ohm enunció la ley que lleva sunombre y que establece la relación existenteentre corriente, voltaje (presión eléctrica) yresistencia en un circuito. Por primera vez laelectricidad pasó a ser una ciencia exacta.

Ahora bien, si a partir de la corriente eléctricapodemos obtener magnetismo ¿Se puedeobtener electricidad a partir del magnetismo?

La respuesta la encontró Miguel Faraday en1831 analizando las consecuencias de la Ley deAmpere. Tras un experimento fallido en el quesupuso que una corriente que circulara cercade un circuito eléctrico induciría otra corrienteen él, decidió sustituir la corriente por un imány encontró que su movimiento en la proximi-dad del circuito inducía en éste una corriente.Había descubierto que el trabajo mecánicoempleado en mover un imán podía transfor-marse en corriente eléctrica. Este fenómeno sedenomina ahora inducción electromagnética.

Electricidad y magnetismo van de la mano

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Oersted (a la derecha) y suasistente sostuvieron elconductor sobre la brújulaen dirección N-S. Al hacerfluir una corriente eléctricapor el conductor, la agujade la brújula se desvió dela dirección “normal” por-que el conductor actuabacomo un imán y creaba uncampo magnético a sualrededor.

Andrés María Ampere(1775-1836) Nació en Lyon,Francia. A los doce añosdominaba toda la mate-mática desarrollada hastaese momento.

Miguel Faraday (1791-1867) Recibió escasa for-mación académica hastaque Humphry Davy lecontrató como ayudanteen su laboratorio.

Jorge Simon Ohm (1787-1854) Físico y matemáticoalemán. Su trascendentaldescubrimiento no fuereconocido por parte delos físicos de la época.

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Un siglo de nuevasmaravillas

De los inventos a las aplicaciones prácticasEl descubrimiento de Faraday condujo directa-mente al del dínamo, o principio del genera-dor: cuando una bobina gira dentro de un cam-po magnético en el cable se genera unacorriente eléctrica. Thomas Alva Edison, elcientífico e inventor estadounidense, desarro-lló este concepto y construyó un generadoreléctrico capaz de producir corrientes eléctri-cas mucho mayores que la pila de Volta.

Ya era obvio que la electricidad en movimientoera una forma de energía. A principios del1800, Humphry Davy descubrió que la electrici-dad podía emplearse también para producirluz. Conectó los terminales de una batería muypotente a dos varillas de carbón apenas sepa-radas entre sí, y obtuvo una luz muy brillante;la lámpara de arco había sido inventada. En 1841, el inglés J.P. Joule formuló las leyesdel desprendimiento del calor producido alpaso de una corriente eléctrica por un conduc-tor. Estas leyes explican lo que ocurre en uncable que conduce corriente: éste se calientaporque la resistencia del cable convierte partede la energía eléctrica en calor. Este principioes la base de todos los aparatos eléctricos decalefacción o similares. En 1879 Edison introdujo la lámpara eléctricahaciendo pasar una corriente eléctrica a travésde un fino filamento de carbón encerrado enuna ampolla de vidrio, en cuyo interior habíahecho el vacío. El filamento se puso incandes-cente e iluminó durante 44 horas.

Humphry Davy (1778–1829)desarrolló la electroquí-mica. Según sus propiaspalabras, su mayor descu-brimiento fue Faraday.

James Prescott Joule(1818–1889) demostró quelos circuitos eléctricoscumplían con la ley de laconservación de la energía

Thomas Alva Edison(1847–1931) instaló el pri-mer sistema eléctrico deEstados Unidos para ven-der energía para la ilumi-nación incandescente.

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Un mundo iluminado y comunicadoHacia el año 1850, casi todos los efectos eléc-tricos importantes habían sido descubiertos yexplicados. Había dos importantes excepcio-nes. Una de ellas era la existencia de ondaselectromagnéticas. En 1865 el británico JamesClerk Maxwell demostró matemáticamenteque las ondas (alteraciones electromagnéticas)están asociadas a todas las corrientes eléctri-cas variables, y 22 años después (en 1887)Heinrich Hertz, produjo y detectó en la realidadlas ondas previstas por MaxwelI.

Este descubrimiento condujo a la idea, desa-rrollada extensamente por Guillermo Marconi,de que las ondas electromagnéticas podían serempleadas para transmitir mensajes sin cablesa través del aire. Al principio se las utilizó paraenviar señales telegráficas y luego, en el sigloXX, para transmitir sonidos e imágenes.

La pregunta acerca de qué era realmente laelectricidad y qué era lo que fluía por el circui-to eléctrico no fue contestada hasta 1897, enque J. J.Thompson descubrió el "ladrillo" deque estaba construida la electricidad: el elec-trón. Mediante un fuerte campo eléctricodeflectó una corriente eléctrica que circulabapor el vacío y constatando en qué dirección sedesviaba, probó que estaba constituida porcargas eléctricas negativas, o electrones. Mástarde, en 1911, Roberto Millikan demostró queel electrón transportaba la menor carga eléctri-ca posible. Estos descubrimientos abrieron lapuerta al desarrollo de la radio, la televisión,las computadoras, la telefonía y casi toda latecnología que nos rodea actualmente.

Línea de tiempo de algu-nas de las personas queson mencionadas en estapublicación. El vacío de2000 años en la mitad deldiagrama constituye unagran oportunidad que laHumanidad desaprovechó.

James Clerk Maxwell(1831–1879) fue quien ex-plicó matemáticamentelos descubrimientos deAmpere, Gauss y Faraday.

Guillermo Marconi(1874–1937) estableció laprimer comunicación ina-lámbrica a través delAtlántico en 1901.

Heinrich Rudolf Hertz(1857–1894) físico alemánque demostró la radiaciónelectromágnetica constru-yendo un aparato paraproducir ondas de radio.

Robert Andrews Millikan(1868–1953) midió la cargadel electrón y demostróque la carga eléctrica exis-te sólo como múltiplo deesa carga elemental.

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a. de C.a. de C. d. de C.d. de C.

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Llegan del sol, del viento, del agua de los ríos,del mar, de las profundidades de la tierra y dealgunos residuos. No se agotan, se obtienende forma periódica y no limitada en el tiempo,no producen lluvia ácida ni contribuyen alefecto invernadero, no dejan residuos impor-tantes, acercan las fuentes de producción alconsumidor ahorrando miles de kilovatios entransporte, fortalecen la independencia ener-gética y la industria nacional, favorecen la cre-ación de empleo y por si esto fuera poco, nosresultan baratas. En síntesis, ésta sería la defi-nición de las energías renovables en sus dis-tintas manifestaciones: eólíca, solar, biomasa,hidráulica y geotérmica.

La dependencia de combustibles no renova-bles (petróleo, carbón, gas) nos obliga a repen-sar el actual modelo energético, debido a lagravedad de los daños ambientales. En estesentido, la eficiencia energética, el ahorroenergético y las energías renovables son lasmejores vías para afrontar el cambio climáticoy el efecto invernadero que se avecina.

Hacia un futuro mejor

Las energías renovables han cubierto durantemiles de años las necesidades energéticas dela Humanidad y lo volverán a hacer en un futu-ro, tras un breve paréntesis de apenas dossiglos, en los que las fuentes energéticas basa-das en combustibles fósiles y nucleares, handevastado el planeta y continúan poniendo enserio peligro la subsistencia de los seres vivos.

Embarcarnos en estas energías limpias no sig-nifica, como algunos piensan, retroceder alpasado y paralizar el avance tecnológico. Porel contrario, sacar buen rendimiento de unaenergía gratuita y aprovechable, es síntoma deprogreso y de un desarrollo sostenible.

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