Hemos visto al tratar la electricidad cómo la teoría
electromagnética de Maxwell (1870) predijo la existencia de ondas
electromagnéticas. Hertz en Alemania demostró su
existencia y efectuó transmisiones a corta distancia (1888). El ruso Popov (1897) inventó la antena y efectuó transmisiones a
cinco kilómetros, y el italiano Marconi (1901) hizo la primera transmisión
transatlántica.
Otra contribución notable fue la del alemán Julius Plucker, quien
hizo pasar una corriente eléctrica entre dos puntas de alambre, colocadas
dentro de untubo al vacío. Observó que se producía una fluorescencia entre
ambas y, lo más importante fue que en presencia de un
campo magnético la fluorescencia cambiaba de posición, lo que de acuerdo con
las leyes de Ampère significaba que se trataba de movimiento de cargas
eléctricas en el vacío. A estas cargas que se mueven
en el vacío se les dio el nombre de electrones.
El electrón
José Juan Thomson (1856-1940). Físico inglés.
En 1876 entró a la Universidad de Cambridge, como estudiante, y ahí permaneció
toda su vida. Continuó la investigación del
movimiento de cargas en el vacío, iniciada por Plucker y Croockes, que hacían
suponer la existencia del
electrón. Thomson realizó medidas cuantitativas respecto a la
deflexión que las fuerzas de Ampère debían producir sobre los electrones.
Suponiendo que estas partículas tuvieran carga eléctrica igual a la que se
requiere para descomponer una molécula de agua (en un átomo de oxígeno y una
molécula de hidrógeno) por medio de la electrólisis, encontró (1897) que la
masa del electrón debía ser más pequeña que la milésima parte de la del átomo
más pequeño que es el del hidrógeno.
Los atomistas consideraban que una vez que se llenara la Tabla Periódica de los
elementos de Mendeleiev, ya no habría más partículas que descubrir, y ahora se
encontraba una partícula mucho más pequeña, que daría origen
a que los átomos a su vez estuvieran formados por otras partículas.
Thomson también demostró que los campos eléctricos desvían a los electrones de
su trayectoria, cuando viajan del alambre conpotencial negativo
(cátodo) al de potencial positivo (ánodo).
Por este descubrimiento, Thomson recibió el premio
Nobel en 1906, pero lo más sorprendente fue el equipo de investigadores que
formó, ya que siete de sus asistentes recibieron posteriormente el premio
Nobel.
En 1912 realizó otro descubrimiento sorprendente. Por
métodos eléctricos le arrancó a los átomos del gas neón uno (le sus electrones,
transformándolo en partícula positiva que pudo hacer que se moviera en el tubo
al vacío, entre el ánodo y el cátodo, como
había hecho con los electrones. Aplicándoles campos eléctricos y magnéticos,
demostró que existían dos diferentes gases neón, con las mismas
propiedades químicas pero diferente peso. Había descubierto
los llamados isótopos de los elementos que tendrían papel importante en la
nueva física nuclear que desarrollaría uno de sus estudiantes, el gran físico Rutherford.
Desarrollo de la electrónica
Juan Fleming (1849-1945). Ingeniero inglés.
Trabajó con Maxwell, fue consultor de Edison y
colaboró con Marconi. Edison había observado que si colocaba un
alambre cerca del
filamento caliente de uno de sus focos luminosos, pasaba algo de corriente
eléctrica.
Fleming estudió este fenómeno tomando en cuenta el
descubrimiento del
electrón por Thomson. En un bulbo o tubo al vacío
colocó un filamento (cátodo) y enfrente una placa (ánodo). Al colocar el cátodo
al extremo negativo de una batería y el ánodo al positivo, observó que los
electrones (negativos) que estaban en 'ebullición' en el filamento
caliente, al ser atraídos por laplaca positiva, pasaban a través del vacío,
produciendo una corriente eléctrica en el circuito.
Cuando el filamento se conectaba al polo positivo y la placa
al negativo, los electrones (negativos) eran rechazados por la placa negativa y
no pasaba corriente eléctrica.
Si el bulbo se conecta a un generador de voltaje
alterno (que cambia constantemente de filamento negativo y placa positiva a lo
opuesto y continúa cambiando sucesivamente), en este caso la corriente
eléctrica circula sólo la mitad del
tiempo, cuando el filamento es negativo y la placa positiva. En 1904, Fleming
inventó este dispositivo que se llamó rectificador, y
que transformaba una corriente eléctrica alterna en una corriente directa.
Lee De Forest (1873-1961). Inventor
norteamericano. Entre el filamento y la placa de un
rectificador de Fleming colocó una malla metálica que llamó reja y creó así el
tríodo, que revolucionó la industria electrónica y cambió al mundo.
La corriente de electrones que se mueven del filamento a la placa puede
controlarse con un voltaje o potencial que se aplique a la reja. Un potencial
de la reja, variable y débil, puede transformarse en una variación del flujo de electrones
que lleve asociada mucho más energía, o sea que el triodo es un amplificador de
la señal aplicada a la reja. Si la reja la hacemos negativa respecto al cátodo,
rechazará a los electrones que salen del filamento caliente y no los
dejará pasar. Al ir aumentando el voltaje de la reja irá
aumentando la corriente de electrones. La evolución del triodo, a partir del
focode Edison y del
rectificador de Fleming, se muestra en la figura 34.
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Figura 34. Evolución del foco de Edison
al triodo de Lee de Forest. (a) El
filamento de Edison produce una nube de
electrones. (b) El rectificador de Fleming permite el paso de los electrones del filamento a la placa. (c) Una señal de
poca energía, aplicada a la reja del triodo, permite el paso, como si fuera una
llave, de una corriente variable de electrones similar a una señal aplicada,
pero con mucha energía.
Un símil de este amplificador podemos encontrarlo al
girar la manivela de la llave de una manguera o de la compuerta de una presa.
Casi sin esfuerzo podemos regular el tamaño del chorro de la manguera o del
vertedor de la presa, que llevan asociados cambios muy grandes en la energía del chorro.
El triodo fue la base del desarrollo de la industria
electrónica moderna. Gracias a él se desarrolló el
radio, el cine sonoro, la televisión y las computadoras. Su reinado duró hasta
que en 1948 el inglés Shockley inventó el transistor que realiza las mismas
funciones que el triodo, pero que al no usar filamento
es mucho más durable y se puede producir a un costo mucho menor.
Gracias a los triodos, la débil señal que se recibe en las antenas de los
radios puede amplificarse y escucharse a través de una bocina, en vez de
escucharse débilmente por medio de audífonos, como se hacía antiguamente.
Para aumentar su poder de control, a los bulbos se les aumentó el
número de rejas, produciéndose los tetrodos y los pentodos.
Vladimir Zworykin(1889- ). Físico
ruso, nacionalizado norteamericano. Desarrolló los
tubos de rayos catódicos que Thomson empleó para encontrar los isótopos de
neón, en tubos que pudieran producir imágenes de televisión. En 1928
patentó el tubo en que un haz de electrones barre, en
una fracción de segundo y por medio de campos magnéticos, toda la pantalla
fluorescente de un tubo o bulbo de televisión, produciendo una imagen luminosa.
En 1938 patentó la cámara de televisión, llamada iconoscopio, que permitió por
primera vez la transmisión de señales claras de
televisión. Así eliminó los discos rotatorios (inventados por el alemán Nipkow)
para explorar la luminosidad de las diferentes partes de la imagen por
transmitir, que se empleaban en los sistemas anteriores.
El iconoscopio consiste en una cámara fotográfica que, en vez
de película tiene una pantalla que contiene muchas células fotoeléctricas
microscópicas, sobre la que se forma la imagen de la cámara. Un rayo catódico que barre toda la pantalla descarga
periódicamente las células y produce una señal proporcional a la luz recibida
por cada una de ellas. Esta señal, amplificada, es la que
transmite la estación de televisión.
Perfeccionó el microscopio electrónico, que había sido
descubierto por científicos alemanes (Figura 35).
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Figura 35. Microscopio electrónico del
Instituto de Física de la Universidad Nacional Autónoma de México.
Desarrolló la televisión de colores.
