Sus orígenes


Los griegos sabían que al frotar el ámbar, éste atraía pequeños cuerpos ligeros. El ámbar se llama en griego 'electrón' y de ahí deriva el nombre de electricidad.

Respecto al magnetismo, Epicuro en su libro De la naturaleza de las cosas dice

|De las cosas que quedan voy a explicar ahora por qué ley natural sucede que pueda atraer al hierro esa |
|piedra, a la que los griegos llaman magneto porque su sitio de origen está en los límites patrios de la |
|Magnesia. |

|De esa piedra tienen admiración los hombres porque, con los pequeños anillos que suspenden de sí, muchas |
|veces simula ser una cadena. Hasta cinco y más anillos cabe mirar en ocasiones, puestos uno tras otro |
|balancearse al aire ligero: cada uno depende de otro al cual se encuentra por debajo adherido y, de uno a |
|otro, se van pasando la fuerza y atracción de la piedra. |



Su desarrollo como una ciencia

Actualmente la electricidad y el magnetismo forman un sólo capítulo de la física, que permaneció en estado primitivo hasta 1785 en que Coulomb descubrió la ley que lleva su nombre. A partir de esa fecha, losdescubrimientos en el campo de la electricidad se multiplican y producen una gran revolución tecnológica en el mundo. Las comunicaciones terrestres, marítimas y aéreas, requieren el empleo de motores y generadores eléctricos. Las comunicaciones eléctricas, como el teléfono, el radio y la televisión, son elementos indispensables de la vida moderna. El trabajo en las fábricas y en el campo requiere del empleo de la energía eléctrica.


Carlos Agustín Coulomb (1736-1806). Físico francés. Encontró que las cargas eléctricas se atraen o se repelen con una fuerza que es proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional con el cuadrado de la distancia, o sea que al alejarse dos cargas eléctricas la fuerza disminuye con el cuadrado de la distancia. Dos cargas de signos contrarios se atraen y de signos iguales (las dos de carga positiva o negativa) se repelen. Esta ley es matemáticamente similar a la ley de la gravitación de Newton excepto que las masas sólo se atraen, o sea que no hay masas positivas y negativas.

Para comprobar la ley que lleva su nombre, Coulomb inventó la balanza de torsión. Coulomb escribe
|En una Memoria presentada a la Academia he determinado mediante experimentos las leyes de las fuerzas de |
|torsión de un alambre metálico y he encontrado que esa fuerza es igual al producto del ángulo de torsión, de|
|la cuarta potencia del diámetro del alambre suspendido y de la inversa de su longitud, todo multiplicado por|
|un coeficiente constante, que depende de la naturaleza del metal y que es fácil de determinar|
|experimentalmente. |

|He demostrado en la misma Memoria que, mediante el uso de esa fuerza de torsión, es posible medir con |
|precisión fuerzas muy pequeñas, como, por ejemplo, un diezmilésimo de grano. |
|Someto hoy a la Academia una balanza eléctrica construida sobre este mismo principio; mide exactamente el |
|estado y la fuerza eléctrica en un cuerpo, por más débilmente cargado que éste se halle. |


Teniendo en cuenta que un grano es equivalente a 0.06 gramos, este tipo de balanza fue durante más de un siglo el instrumento de mayor precisión para medir fuerzas y fue empleado posteriormente por Cavendish para comprobar la ley de la gravitación de Newton.


Luis Galvani (1787-1798). Anatomista italiano. En sus estudios sobre ranas muertas encontró que una descarga eléctrica produce contracciones en los músculos de los animales. También, que al tocar los extremos del músculo con dos metales diferentes unidos en un extremo se producía la misma contracción. Aunque no pudo explicar satisfactoriamente este fenómeno, sirvió para que Volta lo explicara y desarrollara las pilas o baterías eléctricas con las cuales se produce corriente eléctrica.


A sugerencia de Ampère, el aparato que mide corrientes eléctricas se llama galvanómetro y de ahí se deriva la palabra galvanizar que significa que por medios eléctricos se ha depositado una capa de metal (generalmente cinc) paraevitar que se oxide.


Alejandro Volta (1745-1827). Físico italiano. Descubrió el electróforo que consiste en dos discos metálicos; uno cubierto con un material aislante y otro con un maneral aislado. Por frotamiento se carga de electricidad el material aislante y de ahí se pudo obtener una carga eléctrica en el disco móvil (con el maneral) las veces que uno la necesite. En 1799 fue nombrado profesor de la Universidad de Pavia, donde inventó las baterías o pilas eléctricas que revolucionaron el estudio de la electricidad y cambiaron al mundo.


En ese tiempo, los experimentos de Galvani dividieron a los científicos en dos grupos: los que con Galvani y Humboldt pensaban que cuando con dos metales diferentes y unidos en un extremo se tocaban los músculos de una rana, se producía una corriente eléctrica que salía de los músculos; y otro, con Volta y Coulomb, que aseguraba que la corriente se generaba en los metales.


Para probarlo, Volta construyó pilas o baterías empleando metales diferentes que produjeron corriente eléctrica sin la necesidad de emplear, como hasta entonces, músculos de rana.


En 1800, en un recipiente que contenía una solución salina, introdujo dos placas de metal, una de cobre y otra de cinc, y al conectarlas con un alambre, por ellas pasó una corriente eléctrica que lo calentó. Volta conectó varios de estos dispositivos en serie (uno a continuación de otro), con lo que obtuvo mayor corriente, y de ahí deriva el nombre de batería.


Para hacer más compactas las baterías, Volta empleó pequeños discos alternados decobre y cinc, separados por cartones empapados en la solución salina. El primer disco fue de cobre, correspondiendo al polo positivo de la pila y el último de cinc que era el negativo. Al conectar un alambre entre los polos se producía una corriente eléctrica.


La invención de la batería dio a Volta gran fama. Fue llamado a Francia por Napoleón, quién lo hizo conde y miembro de la Legión de Honor.


Al comprar una batería debemos indicar su voltaje, o sea que la fuerza electromotriz (la que mueve las cargas dentro del alambre) se mide en volts en honor a Volta.


El poder disponer de un voltaje capaz de producir corrientes eléctricas produjo una gran revolución tecnológica en la física y en la química. Permitió a Ohm, Ampère y Faraday desarrollar las leyes que llevan sus nombres, y a Nicholson descomponer el agua en hidrógeno y oxígeno al introducir en un recipiente con agua, dos alambres conectados a una pila. En el alambre positivo se produjeron burbujas de gas oxígeno y en el negativo de hidrógeno.


Actualmente, muchos elementos y sustancias pueden obtenerse por este método (electrólisis).


Andrés María Ampère (1775-1836). Físico y matemático francés. Siendo profesor de matemáticas en París en 1820 supo que el danés Oersted había encontrado que una corriente eléctrica desviaba a la aguja de una brújula, relacionando por primera vez a la electricidad con el magnetismo. Ampère se puso a trabajar activamente en este campo y en pocas semanas comenzó a publicar una serie de artículos que desarrollaron notablemente la electricidad.Encontró que si por dos alambres paralelos circulan corrientes eléctricas en la misma dirección, los alambres se atraen y si circulan en direcciones opuestas, se repelen (Figura 31).



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Figura 31. La ley de Ampère nos dice que dos alambres paralelos por los que circule corriente eléctrica en la misma dirección se atraen y, si se mueve en direcciones opuestas, se rechazan. Es la base del funcionamiento de los modelos eléctricos.


La explicación de Ampère era que al pasar una corriente eléctrica por uno de los conductores producía un campo magnético sobre el otro conductor. Y que cuando un conductor esté sometido a un campo magnético externo y circule por él una corriente eléctrica, obrará sobre el conductor una fuerza.


Ampère encontró la fórmula que nos da el valor de la fuerza, la llamada ley de Ampére, en la que se basa el funcionamiento de los motores eléctricos, actualmente indispensables en las comunicaciones, la industria y el hogar.


Por medio de la ley de Ampère se puede encontrar en todo punto del espacio el campo magnético producido por una corriente eléctrica que circule por un alambre de cualquier forma.


Para Ampère, todo campo magnético es producido por corrientes eléctricas. Los imanes permanentes producen un campo magnético, por lo que cada porción del imán debe contener corrientes eléctricas.


En esto, Ampère se adelantó casi cien años a la moderna teoría atómica en la que cada átomo está formado por un núcleo positivo, rodeado por corrientes eléctricas de electrones planetarios.


Para Ampère,una bobina cilíndrica es equivalente a un imán cilíndrico. Si giramos un tirabuzón en el sentido de la corriente eléctrica, entrará por el polo sur y saldrá por el norte. Si tenemos dos bobinas como las que se muestran en la figura 31, en las que las corriente van en el mismo sentido, quedará un polo norte en frente de un polo sur, y por ser polos opuestos se atraerán.


Al pasar una corriente eléctrica en la misma dirección por dos bobinas suspendidas, éstas se atraen y se juntan.


En su honor, la corriente eléctrica o sea la cantidad de electricidad que pasa por un alambre en cada segundo, se mide en amperes y los aparatos que miden la corriente eléctrica se llaman amperímetros.


Jorge Simón Ohm (1787-1854). Físico alemán. Estudió la corriente eléctrica que pasa por un alambre que se conecta a una pila de Volta. Encontró que la corriente aumenta proporcionalmente con el área de la sección del alambre y que disminuye (inversamente proporcional) con la longitud del alambre. O sea que los alambres presentan una 'resistencia' al paso de la corriente eléctrica que dependen del material de que está formado, que aumenta con la longitud del alambre y disminuye con el área de su sección.


La Ley de Ohm nos dice que la corriente que circula por un alambre es directamente proporcional al voltaje aplicado e inversamente proporcional a su resistencia eléctrica. En su honor, la unidad de resistencia eléctrica se mide en ohms.


Miguel Faraday (1791-1867). Físico y químico inglés. Se inició en la ciencia como ayudante del famoso químico Davy,quien al colocar los dos alambres que salen de una pila de Volta a un recipiente que contenía potasa fundida, observó que en uno de los alambres se depositó un elemento que Davy llamó potasio. Colocando en el recipiente soda fundida, también encontró el sodio.


Faraday estudió el fenómeno de la electrólisis; encontró sus leyes y le dio el nombre de electrolito al compuesto o sustancia que conduce la corriente eléctrica. A las barras que se introducen en la sustancia fundida o solución les dio el nombre de electrodos, llamando cátodo al negativo y ánodo al positivo. En su honor, una constante universal asociada al fenómeno de la electrólisis se llama la constante de Faraday.


Como hemos visto, Coulomb encontró cómo son las fuerzas entre las cargas eléctricas; Volta descubrió cómo producir corrientes eléctricas y voltajes por métodos químicos (las pilas o acumuladores eléctricos) y Ampère cómo son los campos magnéticos producidos por las corrientes eléctricas.


Faraday consideró que, si las corrientes eléctricas producen campos magnéticos, los campos magnéticos deberían poder producir corrientes eléctricas. Esto lo condujo a formular la ley de Faraday, su descubrimiento más importante.


Faraday enrolló un alambre de cobre en un sector de un anillo de hierro, y lo conectó a un interruptor y a una pila eléctrica. En otro sector enrolló otro alambre de cobre que conectó a un medidor de corriente eléctrica muy sensible, llamado galvanómetro. Observó que en el momento en que conectaba el interruptor en el primer circuito, una corrienteeléctrica, transitoria, se producía en el otro circuito, esto es, que cuando un flujo magnético variable o transitorio atraviesa un circuito eléctrico (o bobina) se produce un voltaje que produce una corriente eléctrica en el circuito.


Encontró que aun quitando el hierro, la señal pasaba de un circuito a otro, lo que resultó ser la primera transmisión de una señal eléctrica en el espacio, tan común en nuestros días con el uso de la radio y la televisión.


Un flujo magnético variable se puede producir al mover un imán frente a un circuito (o al circuito frente al imán) y de acuerdo con la ley de Faraday se producirá un voltaje y una corriente eléctrica (Figura 32).



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Figura 32. Método de Faraday para transformar trabajo mecánico en corriente eléctrica empleando un imán.

En esta ley se basa el funcionamiento de los dínamos de las bicicletas o alternadores de los coches, que transforman un movimiento mecánico en corriente eléctrica; igualmente es la base de la producción de electricidad en las grandes presas, instalaciones nucleares y plantas termoeléctricas.


Entre la multitud de descubrimientos de Faraday, podemos mencionar la construcción del primer motor eléctrico, empleando las fuerzas entre conductores que Ampère descubrió.


Su anillo de hierro con dos bobinas es lo que ahora se llama un transformador eléctrico, como el que vemos en postes o subestaciones eléctricas para cambiar los voltajes de las líneas.


En su honor y por las investigaciones que realizó con los condensadores o capacitores eléctricos(dispositivos que almacenan energía), la unidad de capacidad eléctrica se mide en faradios.


Jaime Clerk Maxwell (1831-1879). Físico y matemático escocés. Con su obra se alcanzó la culminación en los campos de la electricidad y el magnetismo. Al desarrollar su famosa teoría electromagnética hizo ver que la luz era un fenómeno electromagnético, por lo que la óptica pasó a formar parte de la electricidad.


Demostró que una carga eléctrica oscilante produce una radiación de energía que sale de la carga y que se propaga a la velocidad de 300 000 kilómetros en cada segundo, la velocidad de la luz.


A cada tono de una onda sonora se asocia una frecuencia de oscilación, y lo mismo a cada color de la luz. Puesto que la luz sólo cubre un pequeño intervalo de frecuencias, y una carga eléctrica puede oscilar a cualquier frecuencia, además de la luz debían existir otras radiaciones.


Cincuenta años antes ya habían sido descubiertas radiaciones no visibles, la luz infrarroja, por Herschel, y la luz ultravioleta, por Ritter. A Hertz correspondió comprobar la existencia de otras ondas predichas por Maxwell, más allá del infrarrojo, las ahora llamadas ondas hertzianas u ondas de radio.


Las implicaciones de la obra de Maxwell en el desarrollo tecnológico son enormes. Entre ellas podemos mencionar el desarrollo de la radio, la televisión, el teléfono inalámbrico, las comunicaciones de microondas y a través de satélites.


Desarrollos posteriores


Desarrolladas las bases de la electricidad y el electromagnetismo, se inició una era de invencionese innovaciones.


Alejandro Bell inventa el teléfono en 1786, que constituyó la sensación en la exposición de Filadelfia de ese año.


Tomas Alva Edison, en 1876 funda en Menlo Park, Estados Unidos, el primer laboratorio de investigación industrial. Los trabajos que ahí realizó fueron notables y entre ellos destaca el fonógrafo y, en 1879, el foco de luz eléctrica. A éste le agregó un alambre próximo al filamento y observó que a través del vacío que los separaba, pasaba la corriente eléctrica.


José Juan Thomson, notable físico inglés, demostró la existencia del electrón en 1897. El electrón es una partícula de carga negativa, con una masa casi dos mil veces menor que la del átomo de hidrógeno (que es el más pequeño). Thomson demostró que los electrones son las partículas que emiten los filamentos calientes.


Nicola Tesla (nacido en Yugoslavia) desarrolló transformadores de alto voltaje que permitieron transportar la electricidad a distancia, con menores pérdidas. Con sus inventos, ayudó a George Westinghouse a fundar una compañía eléctrica empleando las cataratas del Niágara como fuente de energía. En su honor, la intensidad del campo magnético se mide en teslas.


Enrique Rodolfo Hertz, en Alemania (1888), produjo ondas electromagnéticas por medio de chispas eléctricas entre dos esferas cargadas y a distancia; pudo detectar las ondas electromagnéticas que Maxwell había predicho teóricamente.


Alejandro Popov, en Rusia (1897), inventó la antena y con ella pudo hacer transmisiones de ondas electromagnéticas a distancia.Transmitió señales entre un barco y tierra a cinco kilómetros de distancia.


Guillermo Marconi, en Italia, perfeccionó la transmisión de las ondas hertzianas y logró en 1901 transmitir señales electromagnéticas entre Inglaterra y Terranova.


Lee de Forest, en Estados Unidos (1906), inventa el bulbo o tubo electrónico llamado triodo, que consiste en un bulbo al vacío que contiene un filamento caliente, una rejilla y una placa colectora. Este invento, que amplifica señales eléctricas, revolucionó al mundo, pues fue la base de la transmisión por radio, la televisión, el cine sonoro y las computadoras. Posteriormente, los bulbos se perfeccionaron, agregándole dos rejillas más y se llamaron pentodos. Su invento fue la base de una gran industria electrónica.


Guillermo Shockley, nacido en Inglaterra, inventó el transistor en 1948. Este dispositivo realiza las mismas funciones que los bulbos electrónicos, teniendo las ventajas de ser muy pequeño, durable y de poder fabricarse a bajo costo. Su empleo produjo una gran revolución tecnológica en la electrónica, la industria y la instrumentación. También cambió nuestra forma de vida, con el desarrollo masivo de la radio y la televisión.