La historia de la electricidad
Se refiere al estudio y uso humano de la
electricidad, al descubrimiento de sus leyes como
fenómeno físico y a la invención de artefactos para su uso práctico.
El fenómeno en sí, fuera de su relación con el observador humano, no tiene
historia; y si se la considerase como parte de la
historia natural, tendría tanta como el
tiempo, el
espacio, la
materia y la
energía. Como también se denomina la
electricidad a la rama de la
ciencia que estudia el fenómeno y a la rama de la
tecnología que lo aplica, la
historia de la electricidad es la rama de la
historia de la ciencia y de la
historia de la tecnología que se ocupa de su surgimiento y evolución.
Uno de sus hitos iniciales puede situarse hacia el
año 600 a. C., cuando el
filósofo griego Tales de Mileto observó que frotando una varilla de
ámbar con lana o piel, se obtenían pequeñas
cargas (
efecto triboeléctrico)
que atraían pequeños objetos, y frotando mucho tiempo podía causar la
aparición de una chispa. Cerca de la antigua ciudad griega de
Magnesia se encontraban las denominadas
piedras de Magnesia, que incluían
magnetita. Los antiguos griegos observaron que los trozos de este material se atraían entre sí, y también a pequeños objetos de
hierro. Las palabras
magneto (equivalente en español a
imán) y
magnetismo derivan de ese topónimo.
La electricidad evolucionó históricamente desde la simple
percepción del fenómeno, a su tratamiento científico, que no se haría
sistemático hasta el
siglo XVIII. Se registraron a lo largo de la
Edad Antigua y
Media otras observaciones aisladas y simples especulaciones, así como intuiciones médicas (uso de
peces eléctricos en enfermedades como la
gota y el
dolor de cabeza) referidas por autores como
Plinio el Viejo y
Escribonio Largo,
1 u objetos arqueológicos de interpretación discutible, como la
Batería de Bagdad,
2 un objeto encontrado en
Irak en
1938, fechado alrededor de
250 a. C.,
que se asemeja a una celda electroquímica. No se han encontrado
documentos que evidencien su utilización, aunque hay otras descripciones
anacrónicas de dispositivos eléctricos en muros egipcios y escritos
antiguos.
Esas especulaciones y registros fragmentarios son el tratamiento
casi exclusivo (con la notable excepción del uso del magnetismo para la
brújula) que hay desde la
Antigüedad hasta la
Revolución científica del
siglo XVII;
aunque todavía entonces pasa a ser poco más que un espectáculo para
exhibir en los salones. Las primeras aportaciones que pueden entenderse
como aproximaciones sucesivas al fenómeno eléctrico fueron realizadas
por investigadores sistemáticos como
William Gilbert,
Otto von Guericke,
Du Fay,
Pieter van Musschenbroek (
botella de Leyden) o
William Watson. Las observaciones sometidas a método científico empiezan a dar sus frutos con
Luigi Galvani,
Alessandro Volta,
Charles-Augustin de Coulomb o
Benjamin Franklin, proseguidas a comienzos del siglo XIX por
André-Marie Ampère,
Michael Faraday o
Georg Ohm.
Los nombres de estos pioneros terminaron bautizando las unidades hoy
utilizadas en la medida de las distintas magnitudes del fenómeno. La
comprensión final de la electricidad se logró recién con su unificación
con el magnetismo en un único
fenómeno electromagnético descrito por las
ecuaciones de Maxwell (
1861-
1865).
El
telégrafo eléctrico (
Samuel Morse,
1833, precedido por
Gauss y
Weber,
1822) puede considerarse como la primera gran aplicación en el campo de las
telecomunicaciones, pero no será en la
primera revolución industrial, sino a partir del cuarto final del
siglo XIX cuando las aplicaciones económicas de la electricidad la convertirán en una de las fuerzas motrices de la
segunda revolución industrial. Más que de grandes teóricos como
Lord Kelvin, fue el momento de ingenieros, como
Zénobe Gramme,
Nikola Tesla,
Frank Sprague,
George Westinghouse,
Ernst Werner von Siemens,
Alexander Graham Bell y sobre todo
Thomas Alva Edison y su revolucionaria manera de entender la relación entre
investigación científico-técnica y
mercado capitalista. Los sucesivos cambios de
paradigma de la primera mitad del
siglo XX (
relativista y
cuántico) estudiarán la función de la electricidad en una nueva dimensión:
atómica y
subatómica.
La
electrificación no sólo fue un proceso técnico, sino un verdadero cambio social de implicaciones extraordinarias, comenzando por el
alumbrado y siguiendo por todo tipo de procesos industriales (
motor eléctrico,
metalurgia,
refrigeración...) y de comunicaciones (
telefonía,
radio).
Lenin, durante la
Revolución bolchevique, definió el
socialismo como la suma de la electrificación y el poder de los
soviets,
3 pero fue sobre todo la
sociedad de consumo que nació en los países capitalistas, la que dependió en mayor medida de la utilización doméstica de la electricidad en los
electrodomésticos,
y fue en estos países donde la retroalimentación entre ciencia,
tecnología y sociedad desarrolló las complejas estructuras que
permitieron los actuales sistemas de
I+D e
I+D+I,
en que la iniciativa pública y privada se interpenetran, y las figuras
individuales se difuminan en los equipos de investigación.
La energía eléctrica es esencial para la
sociedad de la información de la
tercera revolución industrial que se viene produciendo desde la segunda mitad del siglo XX (
transistor,
televisión,
computación,
robótica,
internet...). Únicamente puede comparársele en importancia la
motorización dependiente del
petróleo (que también es ampliamente utilizado, como los demás
combustibles fósiles,
en la generación de electricidad). Ambos procesos exigieron cantidades
cada vez mayores de energía, lo que está en el origen de la
crisis energética y
medioambiental y de la búsqueda de nuevas
fuentes de energía, la mayoría con inmediata utilización eléctrica (
energía nuclear y
energías alternativas, dadas las limitaciones de la tradicional
hidroelectricidad).
Los problemas que tiene la electricidad para su almacenamiento y
transporte a largas distancias, y para la autonomía de los aparatos
móviles, son retos técnicos aún no resueltos de forma suficientemente
eficaz.
El impacto cultural de lo que
Marshall McLuhan denominó
Edad de la Electricidad, que seguiría a la
Edad de la Mecanización (por comparación a cómo la
Edad de los Metales siguió a la
Edad de Piedra), radica en la altísima
velocidad
de propagación de la radiación electromagnética (300 000 km/s) que hace
que se perciba de forma casi instantánea. Este hecho conlleva
posibilidades antes inimaginables, como la
simultaneidad y la división de cada proceso en una
secuencia.
Se impuso un cambio cultural que provenía del enfoque en "segmentos
especializados de atención" (la adopción de una perspectiva particular) y
la idea de la "conciencia sensitiva instantánea de la totalidad", una
atención al "campo total", un "sentido de la estructura total". Se hizo
evidente y prevalente el sentido de "forma y función como una unidad",
una "idea integral de la estructura y configuración". Estas nuevas
concepciones mentales tuvieron gran impacto en todo tipo de ámbitos
científicos, educativos e incluso artísticos (por ejemplo, el
cubismo).
En el ámbito de lo espacial y político, "la electricidad no centraliza,
sino que descentraliza... mientras que el ferrocarril requiere un
espacio político uniforme, el avión y la radio permiten la mayor
discontinuidad y diversidad en la organización espacial".
4
Siglo XVII
La
Revolución científica que se venía produciendo desde
Copérnico en la astronomía y
Galileo
en la física no va a encontrar aplicaciones muy tempranas al campo de
la electricidad, limitándose la actividad de los pocos autores que
tratan sobre ella a la recopilación
baconiana
de datos experimentales, que por el momento no alcanzan a inducir
modelos explicativos también en la era de la electricidad se produjeron
grandes cambios importantes.
William Gilbert: materiales eléctricos y materiales aneléctricos (1600)
El científico inglés
William Gilbert (1544-1603) publicó su libro
De Magnete, en donde utiliza la palabra latina
electricus, derivada del griego
elektron, que significa ámbar, para describir los fenómenos descubiertos por los griegos.
5 Previamente, el italiano
Gerolamo Cardano había ya distinguido, quizá por primera vez, entre las fuerzas magnéticas y las eléctricas (
De Subtilitate 1550). Gilbert estableció las diferencias entre ambos fenómenos a raíz de que la reina
Isabel I de Inglaterra
le ordenara estudiar los imanes para mejorar la exactitud de las
brújulas usadas en la navegación, consiguiendo con este trabajo la base
principal para la definición de los fundamentos de la
electrostática y magnetismo. A través de sus experiencias clasificó los materiales en
eléctricos (
conductores) y
aneléctricos (
aislantes) e ideó el primer
electroscopio. Descubrió la
imantación por influencia, y observó que la imantación del
hierro se pierde cuando se calienta al rojo. Estudió la inclinación de una aguja magnética concluyendo que la
Tierra se comporta como un gran
imán. El
Gilbert es la unidad de medida de la
fuerza magnetomotriz.
6
Otto von Guericke: las cargas eléctricas (1660)
Las investigaciones de Gilbert fueron continuadas por el físico alemán
Otto von Guericke (1602-1686). En las investigaciones que realizó sobre
electrostática
observó que se producía una repulsión entre cuerpos electrizados luego
de haber sido atraídos. Ideó la primera máquina electrostática y sacó
chispas de un globo hecho de
azufre, lo cual le llevó a especular sobre la naturaleza
eléctrica de los
relámpagos. Fue la primera persona que estudió la
luminiscencia.
7
Siglo XVIII: la Revolución industrial
La
crisis de la conciencia europea renueva el panorama intelectual de finales del siglo XVII a principios del siglo XVIII y abre las puertas al llamado
Siglo de las luces o de la
Ilustración. Instituciones científicas de nuevo cuño, como la
Royal Academy inglesa, y el espíritu crítico que los
enciclopedistas franceses extienden por todo el continente, conviven con el inicio de la
Revolución industrial. No obstante, la retroalimentación entre ciencia, tecnología y sociedad, aún no se había producido. Aparte del
pararrayos,
ninguna de las innovaciones técnicas del siglo tuvo que ver con las
investigaciones científicas sobre la electricidad, hecho que no es
exclusivo de este campo: la mismísima
máquina de vapor precedió en cien años a la definición de la
termodinámica por
Sadi Carnot.
8
Stephen Gray: los efluvios (1729)
El físico inglés
Stephen Gray (1666-1736) estudió principalmente la
conductividad eléctrica
de los cuerpos y, después de muchos experimentos, fue el primero en
1729 en transmitir electricidad a través de un conductor. En sus
experimentos descubrió que para que la electricidad, o los "efluvios" o
"virtud eléctrica", como él la llamó, pudiera circular por el conductor,
éste tenía que estar aislado de
tierra.
Posteriormente estudió otras formas de transmisión y, junto con los
científicos G. Wheler y J. Godfrey, clasificó los materiales en
conductores y aislantes de la electricidad.
Charles François de Cisternay Du Fay: carga vítrea y carga resinosa (1733)
El científico francés
Charles François de Cisternay Du Fay
(1698-1739) al enterarse de los trabajos de Stephen Gray, dedicó su
vida al estudio de los fenómenos eléctricos. Du Fay, entre otros muchos
experimentos, observó que una lámina de
oro siempre era repelida por una barra de
vidrio electrificada. Publicó sus trabajos en 1733 siendo el primero en identificar la existencia de dos tipos de
cargas eléctricas
(denominadas hoy en día positiva y negativa), que él denominó carga
vítrea y carga resinosa, debido a que ambas se manifestaban de una forma
al frotar, con un paño de seda, el vidrio (carga positiva) y de forma
distinta al frotar, con una piel, algunas substancias resinosas como el
ámbar o la
goma (carga negativa).
Pieter van Musschenbroek: la botella de Leyden (1745)
El físico holandés
Pieter van Musschenbroek (1692-1761), que trabajaba en la
Universidad de Leiden, efectuó una experiencia para comprobar si una botella llena de
agua
podía conservar cargas eléctricas. Esta botella consistía en un
recipiente con un tapón al cual se le atraviesa una varilla metálica
sumergida en el líquido. La varilla tiene una forma de gancho en la
parte superior al cual se le acerca un
conductor
cargado eléctricamente. Durante la experiencia un asistente separó el
conductor y recibió una fuerte descarga al aproximar su mano a la
varilla, debida a la
electricidad estática que se había almacenado en la botella. De esta manera fue descubierta la
botella de Leyden y la base de los actuales
condensadores eléctricos, llamados incorrectamente
capacitores por
anglicismo.
9
William Watson: la corriente eléctrica (1747)
Sir
William Watson (1715-1787), médico y físico inglés, estudió los fenómenos
eléctricos. Realizó reformas en la
botella de Leyden agregándole una cobertura de
metal,
descubriendo que de esta forma se incrementaba la descarga eléctrica.
En 1747 demostró que una descarga de electricidad estática es una
corriente eléctrica. Fue el primero en estudiar la propagación de corrientes en gases enrarecidos.
10
Benjamin Franklin: el pararrayos (1752)
1752 El polifacético estadounidense
Benjamin Franklin
(1706-1790) investigó los fenómenos eléctricos naturales. Es
particularmente famoso su experimento en el que, haciendo volar una
cometa durante una tormenta, demostró que los
rayos eran descargas eléctricas de tipo electrostático. Como consecuencia de estas experimentaciones inventó el
pararrayos.
También formuló una teoría según la cual la electricidad era un fluido
único existente en toda materia y calificó a las substancias en
eléctricamente positivas y eléctricamente negativas, de acuerdo con el
exceso o defecto de ese fluido.
11
Charles-Augustin de Coulomb: fuerza entre dos cargas (1777)
El físico e ingeniero francés
Charles-Augustin de Coulomb
(1736 - 1806) fue el primero en establecer las leyes cuantitativas de
la electrostática, además de realizar muchas investigaciones sobre
magnetismo, rozamiento y electricidad. Sus investigaciones científicas
están recogidas en siete memorias, en las que expone teóricamente los
fundamentos del magnetismo y de la electrostática. En 1777 inventó la
balanza de torsión
para medir la fuerza de atracción o repulsión que ejercen entre sí dos
cargas eléctricas y estableció la función que liga esta fuerza con la
distancia. Con este invento, culminado en 1785, Coulomb pudo establecer
la expresión de la fuerza entre dos cargas eléctricas
q y
Q en función de la distancia d que las separa, actualmente conocida como
Ley de Coulomb:
F = k (
q Q) /
d2. Coulomb también estudió la electrización por frotamiento y la
polarización e introdujo el concepto de
momento magnético. El
Coulomb (símbolo C), castellanizado a
Culombio, es la
unidad del SI para la medida de la cantidad de
carga eléctrica.
12
Luigi Galvani: el impulso nervioso (1780)
El médico y físico italiano
Luigi Galvani (1737-1798) se hizo famoso por sus investigaciones sobre los efectos de la electricidad en los
músculos de los animales. Mientras disecaba una
rana
halló accidentalmente que sus patas se contraían al tocarlas con un
objeto cargado de electricidad. Por ello se le considera el iniciador de
los estudios del papel que desempeña la electricidad en el
funcionamiento de los organismos animales. De sus discusiones con otro
gran científico italiano de su época,
Alessandro Volta, sobre la naturaleza de los fenómenos observados, surgió la construcción de la primera
pila, o aparato para producir corriente eléctrica continua, llamado
pila de Volta. El nombre de Luigi Galvani sigue hoy asociado con la electricidad a través de términos como
galvanismo y
galvanización. Sus estudios preludiaron una ciencia que surgiría mucho después: la
neurofisiología, estudio del funcionamiento del
sistema nervioso en la que se basa la
neurología.
13
Alessandro Volta: la pila de Volta (1800)
El físico italiano
Alessandro Volta (1745-1827)
inventa la
pila, precursora de la
batería eléctrica. Con un apilamiento de discos de
zinc y
cobre, separados por discos de
cartón humedecidos con un
electrólito, y unidos en sus extremos por un
circuito exterior, Volta logró, por primera vez, producir
corriente eléctrica continua a voluntad.
14 Dedicó la mayor parte de su vida al estudio de los fenómenos eléctricos, inventó el
electrómetro y el
eudiómetro y escribió numerosos tratados científicos. Por su trabajo en el campo de la electricidad,
Napoleón le nombró conde en 1801. La unidad de
tensión eléctrica y de la
fuerza electromotriz, el Volt (símbolo V), castellanizado como
Voltio, recibió ese nombre en su honor.
14
Principios del siglo XIX: el tiempo de los teóricos
El
propósito de la ciencia optimista surgida de la Ilustración era la
comprensión total de la realidad. En el ámbito de la electricidad la
clave sería describir estas
fuerzas a distancia como en las ecuaciones de la
mecánica newtoniana.
Pero la realidad era mucho más compleja como para dar fácil
cumplimiento a este programa. La capacidad de desviar agujas imantadas,
descubierta por Oersted (1820), y la inducción electromagnética
descubierta por Faraday (1821), acabaron por interrelacionar la
electricidad con el magnetismo y los movimientos mecánicos. La teoría
completa del
campo electromagnético tuvo que esperar a Maxwell, e incluso entonces (
1864), al comprobarse que una de las constantes que aparecían en su teoría tenía el mismo valor que la
velocidad de la luz, se apuntó la necesidad de englobar también la
óptica en el electromagnetismo.
15
El
romanticismo,
con su gusto por lo tétrico y su desconfianza en la razón, añadió un
lado oscuro a la consideración de la electricidad, que excitaba la
imaginación de la forma más morbosa: ¿el dominio humano de tal fuerza de
la naturaleza le pondría al nivel creador que hasta entonces sólo se
imaginaba al alcance de seres divinos? Con cadáveres y electricidad
Mary Wollstonecraft Shelley compuso la trama de
Frankenstein o el moderno Prometeo (1818), novela precursora tanto del género de
terror como de la
ciencia ficción.
Humphry Davy: la electrólisis (1807) y el arco eléctrico (1808)
1807 Sir
Humphry Davy (1778-1829).
Químico británico. Se le considera el fundador de la
electroquímica, junto con
Volta y
Faraday. Davy contribuyó a identificar experimentalmente por primera vez varios elementos químicos mediante la
electrólisis
y estudió la energía involucrada en el proceso. Entre 1806 y 1808
publica el resultado de sus investigaciones sobre la electrólisis, donde
logra la separación del
magnesio,
bario,
estroncio,
calcio,
sodio,
potasio y
boro. En 1807 fabrica una
pila con más de 2000 placas dobles con la que descubre el
cloro y demuestra que se trata de un elemento químico, dándole ese nombre debido a su color amarillo verdoso. Junto a
W.T. Brande consigue aislar al
litio de sus sales mediante electrólisis del óxido de litio (1818). Fue jefe y mentor de
Michael Faraday. Creó además una lámpara de seguridad para las minas que lleva su nombre (1815) y fue pionero en el control de la
corrosión mediante la
protección catódica. En
1805 le fue concedida la
Medalla Copley.
16
Hans Christian Ørsted: el electromagnetismo (1819)
El físico y químico danés
Hans Christian Ørsted (1777-1851) fue un gran estudioso del
electromagnetismo.
En 1813 predijo la existencia de los fenómenos electromagnéticos y en
1819 logró demostrar su teoría empíricamente al descubrir, junto con
Ampère,
que una aguja imantada se desvía al ser colocada en dirección
perpendicular a un conductor por el que circula una corriente eléctrica.
Este descubrimiento fue crucial en el desarrollo de la electricidad, ya
que puso en evidencia la relación existente entre la electricidad y el
magnetismo. En homenaje a sus contribuciones se denominó
Oersted (símbolo Oe) a la unidad de intensidad de campo magnético en el sistema Gauss. Se cree que también fue el primero en aislar el
aluminio, por
electrólisis, en 1825. En 1844 publicó su
Manual de Física Mecánica.
17
Thomas Johann Seebeck: la termoelectricidad (1821)
El médico e investigador físico natural de
Estonia,
Thomas Johann Seebeck (1770-1831) descubrió el
efecto termoeléctrico. En
1806 descubrió también los efectos de radiación visible e invisible sobre sustancias químicas como el cloruro de plata. En
1808, obtuvo la primera combinación química de
amoníaco con
óxido mercúrico. A principios de
1820, Seebeck realizó variados experimentos en la búsqueda de una relación entre la electricidad y calor. En
1821, soldando dos alambres de metales diferentes (
cobre y
bismuto)
en un lazo, descubrió accidentalmente que al calentar uno a alta
temperatura y mientras el otro se mantenía a baja temperatura, se
producía un campo magnético. Seebeck no creyó, o no divulgó que una
corriente eléctrica era generada cuando el calor se aplicaba a la
soldadura de los dos metales. En cambio, utilizó el término
termomagnetismo para referirse a su descubrimiento. Actualmente se lo conoce como
efecto Peltier-Seebeck o
efecto termoeléctrico y es la base del funcionamiento de los
termopares.
18
André-Marie Ampère: el solenoide (1822)
El físico y matemático francés
André-Marie Ampère (1775-1836) está considerado como uno de los descubridores del
electromagnetismo. Es conocido por sus importantes aportaciones al estudio de la
corriente eléctrica y el
magnetismo que constituyeron, junto con los trabajos del danés
Hans Chistian Oesterd, el desarrollo del
electromagnetismo. Sus teorías e interpretaciones sobre la relación entre electricidad y magnetismo se publicaron en
1822, en su
Colección de observaciones sobre electrodinámica y en 1826, en su
Teoría de los fenómenos electrodinámicos.
Ampère descubrió las leyes que determinan el desvío de una aguja
magnética por una corriente eléctrica, lo que hizo posible el
funcionamiento de los actuales aparatos de medida. Descubrió las
acciones mutuas entre corrientes eléctricas, al demostrar que dos
conductores paralelos por los que circula una corriente en el mismo
sentido, se atraen, mientras que si los sentidos de la corriente son
opuestos, se repelen. La unidad de
intensidad de corriente eléctrica, el Ampère (símbolo A), castellanizada como
Amperio, recibe este nombre en su honor.
19
William Sturgeon: el electroimán (1825), el conmutador (1832) y el galvanómetro (1836)
El físico británico
William Sturgeon (1783-1850) inventó en
1825 el primer
electroimán. Era un trozo de hierro con forma de herradura envuelto por una
bobina
enrollada sobre él mismo. Sturgeon demostró su potencia levantando 4 kg
con un trozo de hierro de 200 g envuelto en cables por los que hizo
circular la corriente de una batería. Sturgeon podía regular su
electroimán, lo que supuso el principio del uso de la energía eléctrica
en máquinas útiles y controlables, estableciendo los cimientos para las
comunicaciones electrónicas a gran escala. Este dispositivo condujo a la
invención del telégrafo, el motor eléctrico y muchos otros dispositivos
que fueron base de la tecnología moderna. En 1832 inventó el
conmutador para motores eléctricos y en
1836 inventó el primer
galvanómetro de bobina giratoria.
20
Georg Simon Ohm: la ley de Ohm (1827)
Georg Simon Ohm (1789-1854) fue un físico y matemático alemán que estudió la relación entre el
voltaje V aplicado a una
resistencia R y la
intensidad de corriente I que circula por ella. En 1827 formuló la ley que lleva su nombre (la
ley de Ohm), cuya expresión matemática es
V =
I ·
R.
También se interesó por la acústica, la polarización de las pilas y las
interferencias luminosas. En su honor se ha bautizado a la unidad de
resistencia eléctrica con el nombre de Ohm (símbolo Ω), castellanizado a
Ohmio.
21
Joseph Henry: inducción electromagnética (1830)
El estadounidense
Joseph Henry (1797-1878) fue un
físico que investigó el electromagnetismo y sus aplicaciones en
electroimanes y
relés. Descubrió la
inducción electromagnética, simultánea e independientemente de
Faraday, cuando observó que un campo magnético variable puede inducir una
fuerza electromotriz en un circuito cerrado. En su versión más simple, el experimento de Henry consiste en desplazar un segmento de
conductor perpendicularmente a un
campo magnético, lo que produce una diferencia de
potencial entre sus extremos. Esta
fuerza electromotriz inducida se explica por la
fuerza de Lorentz que ejerce el
campo magnético sobre los electrones libres del conductor. En su honor se denominó Henry (símbolo H) a la unidad de
inductancia, castellanizada como
Henrio.
22
Johann Carl Friedrich Gauss: Teorema de Gauss de la electrostática
1832-
1835. El
matemático,
astrónomo y
físico alemán
Johann Carl Friedrich Gauss (1777-1855), hizo importantes contribuciones en campos como la
teoría de números, el
análisis matemático, la
geometría diferencial, la
geodesia, la
electricidad, el
magnetismo y la
óptica.
Considerado uno de los matemáticos de mayor y más duradera influencia,
se contó entre los primeros en extender el concepto de divisibilidad a
conjuntos diferentes de los numéricos. En 1831 se asoció al físico
Wilhelm Weber durante seis fructíferos años durante los cuales investigaron importantes problemas como las
Leyes de Kirchhoff y del
magnetismo, construyendo un primitivo
telégrafo eléctrico. Su contribución más importante a la electricidad es la denominada
Ley de Gauss, que relaciona la carga eléctrica
q contenida en un volumen
V con el
flujo del campo eléctrico 
sobre la cerrada superficie
S que encierra el volumen
V, cuya expresión matemática es:
.
En su honor se dio el nombre de
Gauss (símbolo G) a la unidad de intensidad de
campo magnético del
Sistema Cegesimal de Unidades (CGS). Su relación con la correspondiente unidad del
Sistema Internacional de Unidades (SI), el
Tesla (símbolo T), es 1 G = 10
-4 T.
23
Michael Faraday: inducción (1831), generador (1831-1832), leyes y jaula de Faraday
El físico y químico inglés
Michael Faraday (1791-1867), discípulo de
Humphry Davy, es conocido principalmente por su descubrimiento de la
inducción electromagnética, que ha permitido la construcción de
generadores y
motores eléctricos, y de las leyes de la
electrólisis por lo que es considerado como el verdadero fundador del
electromagnetismo y de la
electroquímica.
En 1831 trazó el campo magnético alrededor de un conductor por el que
circula una corriente eléctrica, ya descubierto por Oersted, y ese mismo
año descubrió la
inducción electromagnética, demostró la inducción de una corriente eléctrica por otra, e introdujo el concepto de
líneas de fuerza
para representar los campos magnéticos. Durante este mismo periodo,
investigó sobre la electrólisis y descubrió las dos leyes fundamentales
que llevan su nombre: 1ª). La masa de sustancia liberada en una
electrólisis es directamente proporcional a la cantidad de electricidad
que ha pasado a través del electrólito [masa = equivalente
electroquímico, por la intensidad y por el tiempo (m = c I t)]; 2ª) Las
masas de distintas sustancia liberadas por la misma cantidad de
electricidad son directamente proporcionales a sus pesos equivalentes.
Con sus investigaciones se dio un paso fundamental en el desarrollo de
la electricidad al establecer que el magnetismo produce electricidad a
través del movimiento. En su honor se denominó Farad (símbolo F),
castellanizado como
Faradio, a la unidad de
capacidad del
SI de unidades.
El Faradio se define como la capacidad de un condensador tal que cuando
su carga es un Culombio, adquiere una diferencia de potencial
electrostático de un voltio.
24
Heinrich Friedrich Lenz: ley de Lenz (1834)
El físico estonio
Heinrich Friedrich Lenz (1804-1865) formuló en
1834 la ley de la oposición de las corrientes inducidas, conocida como
Ley de Lenz, cuyo enunciado es el siguiente:
El
sentido de las corrientes, o fuerza electromotriz inducida, es tal que
siempre se opone a la variación del flujo que la produce. También realizó investigaciones significativas sobre la
conductividad
de los cuerpos, en relación con su temperatura, descubriendo en 1843 la
relación entre ambas; lo que luego fue ampliado y desarrollado por
James Prescott Joule, por lo que pasaría a llamarse
Ley de Joule.
25
Jean Peltier: efecto Peltier (1834), inducción electrostática (1840)
Jean Peltier (1785-1845) descubrió el
efecto Peltier en
1834 y definió la
inducción electrostática en
1840.
Samuel Morse: telégrafo (1833-1837)
Morse con un prototipo de su invención
El inventor estadounidense
Samuel Finley Breese Morse (1791-1872) es principalmente conocido por la invención del
telégrafo eléctrico y la invención del
código Morse. El 6 de enero de
1833,
Morse realizó su primera demostración pública con su telégrafo mecánico
óptico y efectuó con éxito las primeras pruebas en febrero de
1837 en un concurso convocado por el
Congreso de los Estados Unidos.
También inventó un alfabeto, que representa las letras y números por
una serie de puntos y rayas, conocido actualmente como código Morse,
para poder utilizar su telégrafo. En el año
1843, el Congreso de los Estados Unidos le asignó 30 000 dólares para que construyera la primera línea de telégrafo entre
Washington y
Baltimore, en colaboración con
Joseph Henry. El 24 de mayo de
1844
Morse envió su famoso primer mensaje: «¿Que nos ha traído Dios?». Fue
objeto de muchos honores y en sus últimos años se dedicó a experimentar
con la telegrafía submarina por cable.
26
Ernst Werner M. von Siemens: Locomotora eléctrica (1879)
El ingeniero alemán,
Ernst Werner von Siemens (1816-1892) construyó en 1847 un nuevo tipo de telégrafo, poniendo así la primera piedra en la construcción de la empresa
Siemens AG
junto a Johann Georg Halske. En 1841 desarrolló un proceso de
galvanización, en 1846 un telégrafo de aguja y presión y un sistema de
aislamiento de cables eléctricos mediante
gutapercha,
lo que permitió, en la práctica, la construcción y tendido de cables
submarinos. Fue uno de los pioneros de las grandes líneas telegráficas
transoceánicas, responsable de la línea Irlanda-EE.UU (comenzada en 1874
a bordo del buque Faraday) y Gran Bretaña-India (1870). Aunque
probablemente no fue el inventor de la
dínamo, la perfeccionó hasta hacerla confiable y la base de la generación de la corriente alterna en las primeras grandes
usinas.
Fue pionero en otras invenciones, como el telégrafo con puntero/teclado
para hacer transparente al usuario el código Morse o la primera
locomotora eléctrica,
presentada por su empresa en 1879. Dentro de sus muchos inventos y
descubrimientos eléctricos se destacan la dinamo y el uso de la
gutapercha, sustancia plástica extraída del látex, usada como aislador
eléctrico en el recubrimiento de cables conductores. En homenaje a sus
contribuciones en el
SI se denomina siemens (símbolo S) a la unidad de conductancia eléctrica (inversa de la resistencia), previamente llamada mho.
27
Charles Wheatstone: puente de Wheatstone (1843)
El físico e inventor inglés
Charles Wheatstone (1802-1875) es especialmente conocido por ser el primero en aplicar el
circuito eléctrico que lleva su nombre (
puente de Wheatstone) para medir
resistencias eléctricas. En realidad había sido diseñado previamente por
Samuel Hunter Christie en
1832, con lo que el papel de Wheatstone fue la mejora y popularización, a partir de
1843.
Se utiliza para medir resistencias desconocidas mediante el equilibrio
de los brazos de un puente en H formado por cuatro resistencias, una de
las cuales es la resistencia a medir. Wheatstone fue un autodidacta que
llegó a convertirse en profesor de
filosofía experimental de la Universidad de Londres, en 1834. En colaboración con el ingeniero
William Fothergill Cooke, patentó en 1837 el primer
telégrafo eléctrico británico, simultáneamente con el inventado por
Morse. Charles Wheatstone inventó también un instrumento óptico para la fotografía en tres dimensiones (
estereoscopio), un telégrafo automático y un péndulo electromagnético.
28
James Prescott Joule: relaciones entre electricidad, calor y trabajo (1840-1843)
James Prescott Joule
(1818-1889), físico inglés, es conocido por sus estudios sobre la
energía y sus aplicaciones técnicas. Su principal contribución a la
electricidad es la cuantificación de la generación de calor producido
por una corriente eléctrica que atraviesa una resistencia, ley que lleva
su nombre (
Ley de Joule):
Todo
cuerpo conductor recorrido por una corriente eléctrica, desprende una
cantidad de calor equivalente al trabajo realizado por el campo
eléctrico para transportar las cargas de un extremo a otro del conductor
durante ese tiempo, formulada como:
. También descubrió la equivalencia entre el
trabajo mecánico y la
cantidad de calor (cuya unidad histórica es la
caloría). Junto con su compatriota, el físico
William Thomson (conocido posteriormente como lord
Kelvin),
Joule descubrió que la temperatura de un gas desciende cuando se
expande sin realizar trabajo. Este fenómeno, que se conoce como
efecto Joule-Thomson, es el principio constructivo de los
refrigeradores. Alrededor de 1841, junto con el científico alemán
Hermann von Helmholtz, demostró que la electricidad es una forma de energía y que los circuitos eléctricos cumplen la
ley de la conservación de la energía. El Joule (símbolo J), castellanizado a
Julio, es la unidad del
Sistema Internacional para la
energía y el
trabajo mecánico. Se define como el trabajo realizado por una
fuerza de 1
Newton cuando se desplaza paralelamente a sí misma en un 1
metro.
29
Gustav Robert Kirchhoff: leyes de Kirchhoff (1845)
Las principales contribuciones a la ciencia del físico alemán
Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887), estuvieron en el campo de los
circuitos eléctricos, la
teoría de placas, la
óptica, la
espectroscopia y la emisión de radiación de
cuerpo negro.
Kirchhoff propuso el nombre de radiación de cuerpo negro en 1862. Es
responsable de dos conjuntos de leyes fundamentales en la teoría clásica
de circuitos eléctricos y en la emisión térmica. Aunque ambas se
denominan
Leyes de Kirchhoff, probablemente esta denominación es más común en el caso de las Leyes de Kirchhoff de la
ingeniería eléctrica.
Estas leyes permiten calcular la distribución de corrientes y tensiones
en las redes eléctricas con derivaciones y establecen lo siguiente: 1ª)
La suma algebraica de las intensidades que concurren en un punto es
igual a cero. 2ª) La suma algebraica de los productos parciales de
intensidad por resistencia, en una malla, es igual a la suma algebraica
de las fuerzas electromotrices en ella existentes, cuando la intensidad
de corriente es constante. Junto con los químicos alemanes
Robert Wilhelm Bunsen y
Joseph von Fraunhofer, fue de los primeros en desarrollar las bases teóricas y experimentales de la espectroscopia, desarrollando el
espectroscopio moderno para el
análisis químico. En 1860 Kirchhoff y Bunsen descubrieron el
cesio y el
rubidio
mediante la espectroscopia. Kirchhoff también estudio el espectro solar
y realizó importantes investigaciones sobre la transferencia de calor.
30
William Thomson (Lord Kelvin): relación entre los efectos Seebeck y Peltier (1851), cable flexible (1858)
El matemático inglés
William Thomson (
Lord Kelvin)
(1824-1907), realizó muchos trabajos de investigación física, por
ejemplo, el análisis teórico sobre transmisión por cable, que hizo
posible el desarrollo del
cable transatlántico. En 1851 definió la
Segunda Ley de la Termodinámica. En 1858 inventó el cable flexible. Kelvin destacó por sus importantes trabajos en el campo de la
termodinámica y la
electrónica gracias a sus profundos conocimientos de
análisis matemático.
Es uno de los científicos que más hizo por llevar a la física a su
forma moderna. Es especialmente famoso por haber desarrollado la
escala de temperatura Kelvin. También descubrió en
1851 el llamado
efecto Thomson, por el que logró demostrar que el
efecto Seebeck y el
efecto Peltier están relacionados. Así, un material sometido a un gradiente térmico y recorrido por una
intensidad intercambia
calor
con el medio exterior. Recíprocamente, una corriente eléctrica es
generada por el material sometido a un gradiente térmico y recorrido por
un flujo de calor. La diferencia fundamental entre los efectos Seebeck y
Peltier con respecto al efecto Thomson es que este último existe para
un solo material y no necesita la existencia de una
soldadura. Recibió el título de
barón Kelvin en honor a los logros alcanzados a lo largo de su carrera. El
Kelvin es la unidad de medida de
temperatura absoluta.
31
Heinrich Daniel Ruhmkorff: la bobina de Ruhmkorff genera chispas de alto voltaje (1851)
El físico alemán
Heinrich Daniel Ruhmkorff
o Rühmkorff (1803-1877) se dedicó principalmente a la construcción de
aparatos e instrumentos eléctricos de gran calidad y precisión. Ideó en
1851 la bobina de inducción o
bobina de Ruhmkorff, popular instrumento del siglo XIX. De invención anterior a la de los
transformadores de
corriente alterna,
es un verdadero transformador polimorfo y elevador en el que se
obtiene, a partir de una corriente primaria continua y de poca
fuerza electromotriz suministrada por una
pila o batería, otra de
alta tensión y
alterna. Las elevadas diferentes de potencial producidas podían ser aplicadas sobre los extremos de un
tubo de Crookes para provocar la emisión de unos rayos que, por su carácter desconocido, fueron denominados
rayos X
y que empezaron a ser empleados para realizar fotografías a través de
los cuerpos opacos. Estas bobinas fueron las precursoras de las que se
instalan en los
automóviles para elevar la tensión en la
bujía de los motores de gasolina para realizar el encendido de la mezcla de combustible.
32
Léon Foucault: corrientes de Foucault (1851)
El físico francés
Léon Foucault (1819-1868) inventó el
giroscopio, demostró la rotación de la tierra mediante un
péndulo que creó al efecto y midió la
velocidad de la luz mediante espejos giratorios. En el campo de la electricidad, se dedicó al estudio del electromagnetismo y descubrió las
corrientes que llevan su nombre. En septiembre de 1855 descubrió que la
fuerza requerida para la rotación de un disco de
cobre aumenta cuando se lo hace rotar entre los polos de un
imán. Al mismo tiempo el disco comienza a calentarse por las corrientes (llamadas "de Foucault") inducidas en el metal.
33
Zénobe-Théophile Gramme: la primera dinamo (1870)
El científico belga
Zénobe-Théophile Gramme (1826-1901) construyó la primera máquina de corriente continua denominada
dinamo que fue un punto de partida de la nueva industria eléctrica. Una dinamo es una
máquina destinada a la transformación de
energía mecánica en
eléctrica mediante el fenómeno de la
inducción electromagnética. La corriente generada es producida cuando el
campo magnético creado por un
imán o un
electroimán
fijo (inductor) atraviesa una bobina rotatoria (inducido) colocada en
su seno. La corriente inducida en esta bobina giratoria, en principio
alterna es transformada en
continua mediante la acción de un conmutador giratorio, solidario con el inducido, denominado
colector, constituido por unos electrodos denominados
delgas. De aquí es conducida al exterior mediante otros contactos fijos llamados
escobillas que hacen contacto por frotamiento con las delgas del colector. La dinamo fue el primer
generador eléctrico apto para uso industrial.
Zénobe Gramme
perfeccionó los inventos de dinamos que existían y reinventó el diseño
al proyectar los primeros generadores comerciales a gran escala, que
operaban en
París en torno a 1870. Su diseño se conoce como la dinamo de Gramme.
34
Johann Wilhelm Hittorf: el primer tubo de rayos catódicos (1872)
El catedrático de física y química alemán
Johann Wilhelm Hittorf (1824-1914) contribuyó poderosamente al desarrollo de la
electroquímica con innumerables inventos. Por uno de sus trabajos (
tubo de Hittorf, 1872) es considerado precursor del
tubo de Crookes con el que
William Crookes dedujo la existencia de los
rayos catódicos (1878). Estudió también las variaciones del
espectro al variar la
atmósfera. Determinó la íntima dependencia entre la
conductividad eléctrica y la acción química y la división de las sales complejas por la vía de la corriente. Estudió la
alotropía del
selenio y del
fósforo, describió el comportamiento electroquímico del
cromo y registró la velocidad de emigración de los iones sometidos a la acción de la corriente eléctrica. Es autor de
Über die Wanderung der Ionen während der Elektrolyse.
35
James Clerk Maxwell: las cuatro ecuaciones de Maxwell (1875)
El físico y matemático escocés
James Clerk Maxwell
(1831-1879) es conocido principalmente por haber desarrollado un
conjunto de ecuaciones que expresan las leyes fundamentales de la
electricidad y el magnetismo así como por la
estadística de Maxwell-Boltzmann en la
teoría cinética
de gases. También se dedicó a la investigación de la visión de los
colores y los principios de la termodinámica. Formuló teóricamente que
los anillos de
Saturno estaban formados por materia disgregada. Maxwell amplió las investigaciones que
Michael Faraday había realizado sobre los campos electromagnéticos, formulando la relación matemática entre los
campos eléctricos y
magnéticos por medio de cuatro
ecuaciones diferenciales (llamadas hoy "las
ecuaciones de Maxwell")
36
que relacionan el campo eléctrico y el magnético para una distribución
espacial de cargas y corrientes. También demostró que la naturaleza de
los fenómenos luminosos y electromagnéticos era la misma y que ambos se
propagan a la velocidad de la luz. Su obra más importante es el
Treatise on Electricity and Magnetism (Tratado de electricidad y magnetismo, 1873), en el que publicó sus famosas ecuaciones. También escribió:
Matter and motion (
Materia y movimiento, 1876) y
Theory of Heat (
Teoría del calor, 1877). La teoría de Maxwell obtuvo su comprobación definitiva cuando
Heinrich Rudolf Hertz obtuvo en 1888 las ondas electromagnéticas de radio. Sus investigaciones posibilitaron la invención del
telégrafo sin cables y la
radio. La unidad de flujo magnético en el sistema cegesimal, el
maxwell, recibe este nombre en su honor.
37
Finales del siglo XIX: el tiempo de los ingenieros
Los
años centrales del siglo XIX habían presenciado extraordinarios avances
en la aplicación de la electricidad a las comunicaciones y en
1881 se organizó en
París una
Exposición Internacional de Electricidad y un
Congreso Internacional de Electricistas.
38
Aunque para todo ello el conocimiento científico de la electricidad y
el magnetismo había sido imprescindible, los técnicos o inventores
adquirieron un sentimiento de superioridad, e incluso de reticencia
hacia los científicos
puros. Incluso la teoría de Maxwell era
ignorada por la mayoría de los ingenieros eléctricos, que en su práctica
tecnológica no la necesitaban. Esto no pudo mantenerse a partir de la
demostración experimental de la radiación electromagnética (
Heinrich Hertz,
1888),
y en la década de los noventa las nuevas generaciones de ingenieros
incorporaron con mayor confianza las aportaciones teóricas y estuvieron
mejor preparados para las nuevas tecnologías eléctricas que aplicaban
los efectos del campo electromagnético, como la
corriente alterna.
15
Dos invenciones que aplicaban el
motor eléctrico
a la tracción de vehículos revolucionaron particularmente la vida
urbana, permitiendo una movilidad en el espacio que se convirtió en
movilidad social: el
ascensor eléctrico y el
tranvía eléctrico (ambas con participación de
Frank J. Sprague). Hasta entonces era habitual que pobres y ricos compartieran la misma casa en los
ensanches burgueses (unos en la planta principal y otros en las
buhardillas), con alturas que no solían superar las cinco o seis plantas. El urbanismo del siglo XX permitió el crecimiento de
megaciudades,
con nítidas diferencias entre barrios de ricos y pobres, y con
desplazamientos horizontales kilométricos y de decenas de plantas en
vertical (los
rascacielos). El
Metro de Londres, que funcionaba con locomotoras de vapor desde
1863, aplicó la tracción eléctrica para permitir líneas a más profundidad sin tantos requisitos de ventilación (llamadas
deep-level) desde
1890, y el sistema se difundió por otras ciudades europeas y americanas (
Budapest y
Glasgow,
1886;
Boston,
1897;
subte de Buenos Aires,
1913;
metro de Madrid,
1919). La electrificación de los ferrocarriles fue posterior (
véase sección Electrificación de los ferrocarriles).
Alexander Graham Bell: el teléfono (1876)
El escocés-estadounidense
Alexander Graham Bell, científico, inventor y
logopeda (1847-1922), se disputó con otros investigadores la invención del
teléfono y consiguió la patente oficial en los Estados Unidos en
1876.
39 Previamente habían sido desarrollados dispositivos similares por otros investigadores, entre quienes destacó
Antonio Meucci
(1871), que entabló pleitos fallidos con Bell hasta su muerte, y a
quien suele reconocerse actualmente la prelación en el invento.
Bell contribuyó de un modo decisivo al desarrollo de las telecomunicaciones a través de su empresa comercial (
Bell Telephone Company, 1877, posteriormente
AT&T). También fundó en la ciudad de
Washington el
Laboratorio Volta, donde, junto con sus socios, inventó un aparato que transmitía sonidos mediante rayos de luz (el
fotófono, 1880); y desarrolló el primer cilindro de cera para grabar (1886), lo que sentó las bases del
gramófono. Participó en la fundación de la
National Geographic Society y de la revista
Science.
40
Thomas Alva Edison: desarrollo de la lámpara incandescente (1879), Menlo Park y comercialización
El inventor norteamericano
Thomas Alva Edison (1847-1931) ha sido considerado como el mayor inventor de todos los tiempos. Aunque se le atribuye la invención de la
lámpara incandescente, su intervención es más bien el perfeccionamiento de modelos anteriores (
Heinrich Göbel, relojero alemán, había fabricado lámparas funcionales tres décadas antes). Edison logró, tras muchos intentos, un
filamento que alcanzaba la incandescencia sin fundirse: no era de
metal, sino de
bambú carbonizado. El
21 de octubre de 1879 consiguió que su primera bombilla luciera durante 48 horas ininterrumpidas, con 1,7
lúmenes por
vatio. La primera
lámpara incandescente con un filamento de algodón carbonizado construida por Edison fue presentada, con mucho éxito, en la
Primera Exposición de Electricidad de París
(1881) como una instalación completa de iluminación eléctrica de
corriente continua; sistema que inmediatamente fue adoptado tanto en
Europa como en
Estados Unidos. En 1882 desarrolló e instaló la primera gran
central eléctrica del mundo en
Nueva York.
Sin embargo, más tarde, su uso de la corriente continua se vio
desplazado por el sistema de corriente alterna desarrollado por
Nikola Tesla y
George Westinghouse.
Su visión comercial de la investigación científico-técnica le llevó a fundar el laboratorio de
Menlo Park, donde consiguió un eficaz trabajo en equipo de un gran número de colaboradores. Gracias a ello llegó a registrar 1093
patentes
de inventos desarrollados por él y sus ayudantes, inventos cuyo
desarrollo y mejora posterior han marcado profundamente la evolución de
la sociedad moderna, entre ellos: el
fonógrafo, un sistema generador de electricidad, un aparato para grabar sonidos y un proyector de películas (el
kinetoscopio), uno de los primeros
ferrocarriles eléctricos,
unas máquinas que hacían posible la transmisión simultánea de diversos
mensajes telegráficos por una misma línea (lo que aumentó enormemente la
utilidad de las líneas telegráficas existentes), el emisor telefónico
de carbón (muy importante para el desarrollo del teléfono, que había
sido inventado recientemente por
Alexander Graham Bell), etc. Al sincronizar el fonógrafo con el kinetoscopio, produjo en 1913 la primera
película sonora.
En el ámbito científico descubrió el
efecto Edison,
patentado en 1883, que consistía en el paso de electricidad desde un
filamento a una placa metálica dentro de un globo de lámpara
incandescente. Aunque ni él ni los científicos de su época le dieron
importancia, este efecto sería uno de los fundamentos de la
válvula de la radio y de la
electrónica. En 1880 se asoció con el empresario
J. P. Morgan para fundar la
General Electric.
41
John Hopkinson: el sistema trifásico (1882)
El ingeniero y físico inglés
John Hopkinson (1849-1898) contribuyó al desarrollo de la electricidad con el descubrimiento del
sistema trifásico para la generación y distribución de la corriente eléctrica, sistema que patentó en
1882. Un sistema de corrientes trifásicas es el conjunto de tres corrientes alternas monofásicas de igual
frecuencia y
amplitud (y por consiguiente,
valor eficaz) que presentan un
desfase
entre ellas de 120° (un tercio de ciclo). Cada una de las corrientes
monofásicas que forman el sistema se designa con el nombre de
fase. También trabajó en muchas áreas del
electromagnetismo y la
electrostática. De sus investigaciones estableció que "el
flujo de inducción magnética es directamente proporcional a la
fuerza magnetomotriz e inversamente proporcional a la
reluctancia", expresión muy parecida a la establecida en la
Ley de Ohm para la electricidad, y que se conoce con el nombre de
Ley de Hopkinson42 También se dedicó al estudio de los sistemas de iluminación, mejorando su eficiencia, así como al estudio de los
condensadores.
Profundizó en los problemas de la teoría electromagnética, propuestos
por James Clerk Maxwell. En 1883 dio a conocer el principio de los
motores síncronos.
43
Heinrich Rudolf Hertz: demostración de las ecuaciones de Maxwell y la teoría electromagnética de la luz (1887)
El físico alemán
Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894) demostró la existencia de las ondas electromagnéticas predichas por las
ecuaciones de Maxwell.
Fue el primer investigador que creó dispositivos que emitían ondas
radioeléctricas y también dispositivos que permitía detectarlas. Hizo
numerosos experimentos sobre su modo y velocidad de propagación (hoy
conocida como
velocidad de la luz), en los que se fundamentan la
radio y la telegrafía sin hilos, que él mismo descubrió. En 1887 descubrió el
efecto fotoeléctrico. La unidad de medida de la
frecuencia fue llamada
Hertz (símbolo Hz) en su honor, castellanizada como
Hercio.
44
George Westinghouse: el suministro de corriente alterna (1886)
El inventor e industrial norteamericano
George Westinghouse (1846-1914) se interesó inicialmente por los
ferrocarriles
(freno automático de aire, sistema de señales ferroviarias, aguja de
cruce).Posteriormente con la ayuda de Nikolas Tesla dedicó sus
investigaciones hacia la electricidad, siendo el principal responsable
de la adopción de la
corriente alterna
para el suministro de energía eléctrica en Estados Unidos. En ese
empeño tecnológico y comercial hubo de vencer la oposición del popular
inventor
Thomas Alva Edison, que basaba sus investigaciones y expansión comercial en la
corriente continua y llegaría a sugerir la invención de la
silla eléctrica de corriente alterna como estrategia en esa competencia.
Westinghouse compró al científico croata
Nikola Tesla su patente para la producción y transporte de corriente alterna, que impulsó y desarrolló. Posteriormente perfeccionó el
transformador, desarrolló un
alternador y adaptó para su utilización práctica el motor de corriente alterna inventado por Tesla. En
1886 fundó la compañía eléctrica
Westinghouse Electric & Manufacturing Company,
que contó en los primeros años con la decisiva colaboración de Tesla,
con quien logró desarrollar la tecnología necesaria para desarrollar un
sistema de suministro de corriente alterna. Westinghouse también desarrolló un sistema para
transportar gas natural, y a lo largo de su vida obtuvo más de 400 patentes, muchas de ellas de maquinaria de corriente alterna.
45
Nikola Tesla: desarrollo de máquinas eléctricas, la bobina de Tesla (1884-1891) y el radiotransmisor (1893)
El ingeniero e inventor de origen croata
Nikola Tesla (1856-1943) emigró en 1884 a los
Estados Unidos.
Es reconocido como uno de los investigadores más destacados en el campo
de la energía eléctrica. El Gobierno de Estados Unidos lo consideró una
amenaza por sus opiniones
pacifistas y sufrió el maltrato de otros investigadores mejor reconocidos como Marconi o Edison.
46
Desarrolló la teoría de campos rotantes, base de los
generadores
y motores polifásicos de corriente alterna. En 1887 logra construir el
motor de inducción de corriente alterna y trabaja en los laboratorios
Westinghouse,
donde concibe el sistema polifásico para transmitir la electricidad a
largas distancias. En 1893 consigue transmitir energía electromagnética
sin cables, construyendo el primer
radiotransmisor (adelantándose a
Guglielmo Marconi). Ese mismo año en
Chicago
hizo una exhibición pública de la corriente alterna, demostrando su
superioridad sobre la corriente continua de Edison. Los derechos de
estos inventos le fueron comprados por
George Westinghouse, que mostró el sistema de generación y transmisión por primera vez en la
World's Columbian Exposition de
Chicago
de 1893. Dos años más tarde los generadores de corriente alterna de
Tesla se instalaron en la central experimental de energía eléctrica de
las
cataratas del Niágara.
Entre los muchos inventos de Tesla se encuentran los circuitos
resonantes de condensador más inductancia, los generadores de alta
frecuencia y la llamada
bobina de Tesla, utilizada en el campo de las comunicaciones por radio.
La unidad de
inducción magnética del sistema MKS recibe el nombre de
Tesla en su honor.
47
Charles Proteus Steinmetz: la histéresis magnética (1892)
El ingeniero e inventor de origen alemán
Charles Proteus Steinmetz
(1865-1923) es conocido principalmente por sus investigaciones sobre la
corriente alterna y por el desarrollo del sistema trifásico de
corrientes alternas. También inventó la
lámpara de arco con
electrodo
metálico. Sus trabajos contribuyeron en gran medida al impulso y
utilización de la electricidad como fuente de energía en la industria.
En 1902 fue designado profesor de la
Universidad de Schenectady,
Nueva York, donde permaneció hasta su muerte. Trabajó para la empresa
General Electric.
48
Wilhelm Conrad Röntgen: los rayos X (1895)
El físico alemán
Wilhelm Conrad Röntgen (1845-1923). Utilizando un
tubo de Crookes, fue quien produjo en
1895 la primera
radiación electromagnética en las
longitudes de onda correspondientes a los actualmente llamados
Rayos X. Gracias a su descubrimiento fue galardonado con el primer
Premio Nobel de Física en
1901.
El premio se concedió oficialmente: "en reconocimiento de los
extraordinarios servicios que ha brindado para el descubrimiento de los
notables rayos que llevan su nombre." Sin embargo, Röntgen no quiso que
los rayos llevaran su nombre aunque en Alemania el procedimiento de la
radiografía se llama "röntgen" debido al hecho de que los verbos
alemanes tienen la desinencia "en". Los rayos X se comienzan a aplicar
en todos los campos de la medicina entre ellos el urológico.
Posteriormente otros investigadores utilizaron la
radiología para el diagnóstico de la
enfermedad litiásica.
Es uno de los puntos culminantes de la medicina de finales del siglo
XIX, sobre el cual se basaron numerosos diagnósticos de entidades
nosológicas,
hasta ese momento difíciles de diagnosticar, y siguieron dándose
desarrollos posteriores en el siglo XX y hasta nuestros días (
Véase la sección Electromedicina).
En su honor recibe su nombre la unidad de medida de la
exposición a la radiación, establecida en 1928:
Roentgen (unidad).
49
Michael Idvorsky Pupin: la bobina de Pupin (1894) y las imágenes de rayos X (1896)
El físico y electrotécnico serbio
Michael Idvorsky Pupin (1854-1935) desarrolló en
1896 un procedimiento para obtener la fotografía rápida de una imagen obtenida mediante
rayos X,
que solamente requería una exposición de una fracción de segundo en
lugar de una hora o más que se empleaba anteriormente. Entre sus
numerosos inventos destaca la
pantalla fluorescente que facilitaba la exploración y registro de las imágenes radiológicas obtenidas con los rayos X. También desarrolló en
1894 un sistema para aumentar en gran medida el alcance de las comunicaciones
telefónicas
a través de líneas de hilo de cobre, mediante la inserción a intervalos
regulares a lo largo de la línea de transmisión de unas denominadas
bobinas de carga. Estas bobinas reciben en su honor el nombre de
bobina de Pupin y el método también se denomina
pupinización.
50
Joseph John Thomson: los rayos catódicos (1897)
El físico inglés
Joseph John Thomson (1856-1940) descubrió que los
rayos catódicos
podían desviarse aplicando un campo magnético perpendicular a su
dirección de propagación y calculó las leyes de dicha desviación.
Demostró que estos rayos estaban constituidos por partículas atómicas de
carga negativa que llamó
corpúsculos y hoy en día conocemos como
electrones. Demostró que la nueva partícula que había descubierto era aproximadamente mil veces más ligera que el
hidrógeno.
Esta fue la primera identificación de partículas subatómicas, con las
grandes consecuencias que esto tuvo en el consiguiente desarrollo de la
ciencia y de la técnica. Posteriormente, midiendo la desviación en
campos magnéticos, obtuvo la relación entre la carga y la masa del
electrón. También examinó los rayos positivos y, en 1912, descubrió la
manera de utilizarlos para separar
átomos de diferente masa. El objetivo se consiguió desviando los rayos positivos con campos electromagnéticos (
espectrometría de masa). Así descubrió que el
neón
tiene dos isótopos (el neón-20 y el neón-22). Todos estos trabajos
sirvieron a Thomson para proponer una estructura del átomo, que más
tarde se demostró incorrecta, ya que suponía que las partículas
positivas estaban mezcladas homogéneamente con las negativas. Thomson
también estudió y experimentó sobre las propiedades eléctricas de los
gases y la conducción eléctrica a través de los mismos, y fue justamente
por esa investigación que recibió el
Premio Nobel de Física en 1906.
51
Hermanos Lumière: el inicio del cine (1895)
A finales del siglo XIX varios inventores estuvieron trabajando en
varios sistemas que tenían un objetivo común: el visionado y proyección
de imágenes en movimiento. Entre 1890 y 1895, son numerosas las patentes
que se registran con el fin de ofrecer al público las primeras "tomas
de vistas" animadas. Entre los pioneros se encuentran los alemanes Max y
Emil Skladanowski, los estadounidenses
Charles F. Jenkins,
Thomas Armat y
Thomas Alva Edison (
kinetoscopio), y los franceses
hermanos Lumière (
cinematógrafo). Sin embargo, aunque ya existían películas no era posible proyectarlas en una sala cinematográfica. El
cine fue oficialmente inaugurado con la primera exhibición pública, en París, el
28 de diciembre de
1895.
La conexión del nuevo invento con la electricidad no fue inmediata,
porque los movimientos mecánicos se producían manualmente (lo que
producía problemas de variación de la velocidad, pero también era
utilizado como parte de los efectos especiales); mientras que la luz de
las primeras linternas provenía de una llama generada por la combustión
de éter y oxígeno. Pero usar una llama junto al
celuloide
(que era empleado como soporte para las películas, y que es muy
inflamable) constituía una fuente constante de graves peligros para
proyeccionistas y espectadores, por lo que se buscaron sustitutos a la
fuente luminosa. Al extenderse las redes eléctricas se empleó el
arco eléctrico incandescente. Inicialmente se usaban dos
electrodos
de carbón alimentados con una corriente continua, uno con carga
positiva y otra con carga negativa. En la actualidad se realiza el paso
de la corriente continua a través de dos conductores, encerrados en una
cápsula de gas, normalmente xenón. Estas lámparas de xenón llevan en su
interior dos electrodos entre los que salta el arco voltaico que produce
la luz. En cuanto a la motorización eléctrica del funcionamiento de la
cámara y del proyector se hizo ineludible con el tiempo, sobre todo tras el paso al
cine sonoro (primera proyección experimental en París,
1900, y de un modo eficaz en Nueva York,
1923, siendo la primera película
El cantante de jazz,
1927), lo que implicaba también a las tecnologías del registro y reproducción del
sonido, inicialmente obtenido a partir de una banda lateral de opacidad variable detectada por una
celda fotoeléctrica (la banda sonora). A partir de entonces surgió el concepto de medio
audiovisual.
La tecnología del cine ha evolucionado mucho hasta el cine digital del
siglo XXI y simultáneamente ha evolucionado el lenguaje cinematográfico, incluyendo las convenciones del género y los
géneros cinematográficos. Más trascendente aún ha sido la evolución conjunta de cine y sociedad, y el surgimiento de distintos
movimientos cinematográficos, cinematografías nacionales, etc. En
Estados Unidos,
Edison
fue el máximo impulsor del cine, consolidando una industria en la que
deseaba ser el protagonista indiscutible al considerarse como el único
inventor y propietario del nuevo espectáculo. En
España, la primera proyección la ofreció un enviado de los Lumière a
Madrid, el 15 de mayo de
1896.
52
Guglielmo Marconi: la telegrafía inalámbrica (1899)
El ingeniero y físico italiano
Guglielmo Marconi
(1874-1937), es conocido, principalmente, como el inventor del primer
sistema práctico de señales telegráficas sin hilos, que dio origen a la
radio actual. En
1899 logró establecer comunicación telegráfica sin hilos a través del
canal de la Mancha entre
Inglaterra y
Francia, y en 1903 a través del
océano Atlántico entre
Cornualles, y Saint John's en
Terranova,
Canadá. En
1903 estableció en los
Estados Unidos la estación
WCC, en cuya inauguración cruzaron mensajes de salutación el presidente
Theodore Roosevelt y el rey
Eduardo VIII de Inglaterra. En
1904
llegó a un acuerdo con el Servicio de Correos británico para la
transmisión comercial de mensajes por radio. Las marinas italiana y
británica pronto adoptaron su sistema y hacia
1907
había alcanzado tal perfeccionamiento que se estableció un servicio
trasatlántico de telegrafía sin hilos para uso público. Para la
telegrafía fue un gran impulso el poder usar el
código Morse sin necesidad de cables conductores.
Aunque se le atribuyó la invención de la
radio, ésta fue posible gracias a una de las patentes de
Nikola Tesla, tal y como fue reconocido por la alta corte de los Estados Unidos, seis meses después de la muerte de Tesla, hacia el año
1943. También inventó la
antena Marconi. En 1909 Marconi recibió, junto con el físico alemán
Karl Ferdinand Braun, el
Premio Nobel de Física por su trabajo.
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Peter Cooper Hewitt: la lámpara de vapor de mercurio (1901-1912)
El ingeniero eléctrico e inventor estadounidense
Peter Cooper Hewitt (1861-1921) se hizo célebre por la introducción de la
lámpara de vapor de mercurio, uno de los más importantes avances en
iluminación eléctrica. En la década de
1890 trabajó sobre las experimentaciones realizadas por los alemanes
Julius Plücker y
Heinrich Geissler sobre el fenómeno
fluorescente,
es decir, las radiaciones visibles producidas por una corriente
eléctrica que pasa a través de un tubo de cristal relleno de gas. Los
esfuerzos de Hewitt se encaminaron a hallar el gas que resultase más
apropiado para la producción de luz, y lo encontró en el
mercurio.
La luz obtenida, por este método, no era apta para uso doméstico, pero
encontró aplicación en otros campos de la industria, como en medicina,
en la esterilización de
agua potable y en el revelado de películas. En
1901 inventó el primer modelo de lámpara de mercurio (aunque no registró la patente hasta
1912). En
1903
fabricó un modelo mejorado que emitía una luz de mejor calidad y que
encontró mayor utilidad en el mercado. El desarrollo de las
lámparas incandescentes de filamento de
tungsteno,
a partir de la década de 1910, supuso una dura competencia para la
lámpara de Hewitt, ya que, a pesar de ser ocho veces menos eficientes
que esta, poseían una
luminosidad mucho más atractiva.
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Gottlob Honold: el magneto de alta tensión, la bujía (1902) y los faros parabólicos (1913)
El ingeniero alemán
Gottlob Honold (1876-1923), que trabajaba en la empresa
Robert Bosch, fue el primero que fabricó una
bujía económicamente viable que, conectada a una
magneto de alta tensión, hizo posible el desarrollo de los
motores de combustión interna de
ciclo Otto con
velocidades de giro de varios miles de
revoluciones por minuto y elevadas
potencias específicas. Una bujía es el elemento donde se produce una chispa provocando el encendido de la mezcla de combustible y aire en los
cilindros de un motor de ciclo Otto. Las primeras patentes para la bujía datan de
Nikola Tesla (
Patente USPTO nº 609,250 en la que se diseña un sistema temporizado de ignición repetida, en el año
1898), casi al mismo tiempo que
Frederik Richard Simms (GB 24859/1898,
1898) y
Robert Bosch (GB 26907/
1898).
Karl Benz
también inventó su propia versión de bujía. Sin embargo, la bujía de
Honold de 1902 era comercialmente viable, de alta tensión y podía
realizar un mayor número de chispas por minuto, razón por la que fue
adoptada por
Daimler.
La bujía tiene dos funciones primarias: producir la ignición de la
mezcla de aire y combustible y disipar parte del calor de la cámara de
combustión hacia el bloque motor por
conducción térmica. Las bujías se clasifican por lo que se conoce como rango térmico en función de su
conductancia térmica.
Las bujías transmiten energía eléctrica que convierten al combustible
en un sistema que libera energía. Una cantidad suficiente de voltaje se
debe de proveer al sistema de ignición para que pueda generar la chispa a
través de la calibración de la bujía.
55
En
1913, Honold participó en el desarrollo de los
faros parabólicos.
Aunque se habían utilizado anteriormente algunos sistemas de alumbrado
para la conducción nocturna, los primeros faros apenas alumbraban y
servían poco más que como sistema de señalización. Honold concibió la
idea de colocar espejos parabólicos detrás de las lámparas para
concentrar el haz luminoso, lo que mejoraba la iluminación del camino
sin necesidad de usar un sistema eléctrico más potente.
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