En 1813 aparece, en traducción francesa, la obra “Investigaciones sobre la identidad de las fuerzas químicas y eléctricas” de Hans Christian Oesterd (1777 – 1851). Fascinado por la “Naturphilosophie” de Friedrich Wilheim  Joseph von Schelling (1775 – 1854), Oesterd había expuesto en París los trabajos de Johann Wilheim Ritter (1776 – 1810) por el que sentía una gran admiración.

Esta adscripción de Oesterd a la “Naturphilosophie” hizo que sus ideas se recogieran con cierta precaución, precauciones expresadas por el traductor en el prefacio, habida cuenta que la obra iba dirigida a un medio heredero del racionalismo del Siglo de las Luces.

Para Oesterd la pila de Volta era la coronación definitiva de las ideas de Ritter y ofrecía a los sabios y científicos el reto de “inventar” una nueva ciencia, la “dynamología”, que estudiase las fuerzas repartidas en toda la naturaleza y que son el origen de todos los fenómenos físicos y químicos. Esta visión “romántica” es la que llevó a poner de manifiesto la relación existente entre la electricidad y el magnetismo.

Esta relación había sido ya intuida en el siglo XVIII. Pieter van Musschenbroeck en su obra “Curso de física experimental y matemática” traducido al francés en 1769 por Sigaud de la Fond decía, respecto a la electricidad y el magnetismo, que eran “manifestaciones de fuerzas naturales” y “varios hábiles físicos han comenzado ya a suponer que si las causas de estos diferentes fenómenos no son absolutamente las mismas, al menos son parecidos”.

Las líneas anteriores solo intentan poner de manifiesto que los experimentos de Oesterd no son fruto de la casualidad, como se lee en muchos textos, sino consecuencia de la creencia en unas ideas. Estos experimentos se llevan a cabo en 1819 y se hacen públicos en 1820.

H.C. Oesterd hace circular corriente eléctrica, originada en una pila, por un conductor rectilíneo y en sus proximidades se coloca la aguja imantada de una brújula. La aguja se orienta perpendicular al conductor (o lo que es lo mismo a la dirección de la corriente). Al cambiar el sentido de la corriente la aguja se reorienta e invierte su sentido pero manteniendo su perpendicularidad al conductor. Esto constituye la primera demostración definitiva de la relación entre magnetismo y electricidad, por lo que se puede considerar el nacimiento del electromagnetismo.

Los resultados y conclusiones de estos experimentos se hicieron públicos y fueron conocidos por el mundo científico, en latín, el 21 de julio de 1820 bajo el título “Experimenta circa effectum conflictus electrici in acum magneticam” (“Experiencia sobre el efecto del conflicto eléctrico sobre la aguja imantada”). Para Oesterd, “la aguja imantada cambia de dirección por la influencia del aparato voltaico y este efecto tiene lugar cuando el circuito está cerrado, y no cuando está interrumpido”. Es importante tener en cuenta que Oesterd emplea el término conflicto eléctrico para designar lo que hoy conocemos por corriente eléctrica.

Oesterd no solo descubre el fenómeno sino que deduce cosas tan interesantes como sus propias palabras muestran:

• “La desviación es inversamente proporcional a la distancia del hilo a la aguja y función  de la potencia del aparato voltaico”.
• “… todos los cuerpos no magnéticos son permeables al conflicto eléctrico, pero en los cuerpos magnéticos, por decirlo de alguna manera, las partículas magnéticas de estos cuerpos oponen una resistencia al paso del conflicto de manera …”.

Así nace la idea de un campo eléctrico y de un campo magnético engendrados por una corriente eléctrica. Estos campos no actúan sobre cualquier sustancia.

Surge otra idea: si la corriente que circula por un conductor crea un campo que actúa sobre una aguja imantada ¿no sería posible el efecto contrario? Es Ampère quien contesta a esta pregunta y establece una teoría matemática coherente con las observaciones. Es él el que funda la ciencia de la electrodinámica.

Esta ciencia se afianza y forma un cuerpo de conocimientos importantísimo gracias a las aportaciones teóricas de un gran número de prestigiosos matemáticos como son, entre otros: Peter Gustav Lejeune Dirichlet (1805 – 1859), George Green (1793 – 1892), Bernhard Riemann (1826 – 1866), Augustin-Louis Cauchy (1799 – 1857), Enrico Betti (1823 – 1857).

En seguida al electromagnetismo y a la electrodinámica le salen nuevos seguidores y en consecuencia nuevas aportaciones.

El año 1820, cuando llegaron noticias sobre los experimentos de Oesterd, se encontraba en la Universidad de Halle (Sajonia) como profesor Johann Salomo Christoph Schweigger (1779 – 1857) quien se percató que la desviación de la aguja magnética al paso de una corriente eléctrica podía servir para medir la intensidad de ésta. Así fue como se inventó el primer galvanómetro. Como ya había enunciado Oesterd y comprobado él mismo, la desviación era más grande contra más intensa era la corriente, por lo que amplificó el efecto para hacerlo más percibible arrollando un alambre en espiral alrededor de la aguja.

Algunos años después el inglés William Sturgeon (1783 – 1850) inventó un nuevo galvanómetro de mayor precisión. Sin embargo la aportación fundamental de Sturgeon fue el invento de electroimán. En 1823 puso en práctica la noción de solenoide expuesta por Ampère. Arrolló alrededor de un núcleo de hierro un conductor dándole diez y ocho vueltas. Al hacer pasar la corriente por el conductor, el hilo adquiere unas propiedades magnéticas reforzando cada vuelta (espira) el magnetismo de la siguiente, pues constituyen un conjunto de hilos circulando por todos ellos la misma corriente y en el mismo sentido.

Como la fuerza magnética parecía encontrarse en el hierro, lo barnizó, para mantenerlo aislado del conductor. Utilizando un trozo de hierro dulce como forma de herradura, aislado por barniz, arrolló un conductor por el que hizo circular corriente procedente de una pila de Volta y con él consiguió levantar un cuerpo ferromagnético de cuatro kilogramos de peso, veinte veces más pesado que el núcleo utilizado, y que se desprendía con tan sólo cortar el paso de la corriente. Hoy en día se acepta que fue Arago el que enunció que la electricidad voltaica “desarrollaba unas virtudes magnéticas en las barras de hierro”, intuyendo así el electroimán. Pero es William Sturgeon el que perfecciona estos conocimientos demostrando que el hierro dulce pierde su imantación en el momento que cesa el paso de la corriente eléctrica. Este invento, junto con las aportaciones de Faraday, permitirán la aparición de motores eléctricos años más tarde.

En 1829, al conocer estos trabajos, Joseph Henry (1797 – 1878) creyó que podía mejorarlos.

Concluyó que para aumentar la fuerza del imán era necesario aumentar el campo magnético y esto se conseguía aumentando el número de espiras arrolladas alrededor del núcleo de hierro. El gran inconveniente con que se encontraba era que al aumentar el número de espiras no podían evitar que se tocaran, cortocircuitándose, y así reduciendo los efectos. Para evitar esto se le ocurrió aislar los conductores entre ellos, proceso que no influía para nada en el campo magnético como comprobó.

En aquellos tiempos era difícil encontrar un material aislante para conductores pero recurriendo a la seda (ya se había utilizado en el siglo XVIII), lo consiguió. Para ello usó los jirones de una enagua de su mujer, la ciencia algunas veces exige ciertos sacrificios.

Pasó mucho tiempo aislando conductores para conseguir electroimanes cada vez más potentes. En 1831 construyó uno que podía levantar 750 libras (84 veces más peso que el Sturgeon). Ese mismo año, invitado por la Universidad de Yale, ya levantó pesos de más de una tonelada. Pero con los electroimanes se podían hacer más cosas que levantar grandes pesos, también se les podía utilizar para trabajos delicados y de precisión. Henry colocó un pequeño electroimán al final de un hilo conductor de unos 1700 m de longitud ( 1 milla) y en el otro extremo una batería de pilas. Abriendo y cerrando el interruptor de la pila el imán repelía, mediante la acción de un muelle, o atraía una pequeña barra de hierro que producía un repiqueteo al chocar la barra contra el electroimán. Lo que Henry conseguía era transmitir señales a distancia utilizando la energía eléctrica. Había inventado el telégrafo, y esto ocurría en 1831.

Sin embargo este sistema presentaba un problema serio, la distancia no podía ser ilimitada, había una distancia crítica que no se podía superar. El motivo estaba en la ley de Ohm. Al aumentar la distancia también aumentaba la resistencia del conductor y como consecuencia de esto disminuía la corriente que llegaba un momento no era capaz de activar el electroimán. Para solucionarlo inventó, en 1835, un relé eléctrico que hacía ilimitada la distancia a la que se podía transmitir la señal. El sistema consistía en colocar diversas baterías que alimentaban circuitos independientes y estos relés permitían pasar señal de un circuito a otro hasta llegar al final sin límite de distancia.

El avance de la electricidad y el magnetismo (y del electromagnetismo) hacían necesaria la aparición de un sistema lógico de unidades que facilitase el intercambio de información de modo y manera que los científicos hablasen el mismo idioma, en lo que respecta a magnitudes.

En 1832 Johann Karl Friedrich Gauss (1777 – 1855) establece un sistema de medidas lógico para los fenómenos magnéticos. Estableció la idea de que una vez fijadas unas unidades fundamentales básicas (masa, espacio y tiempo) las restantes (velocidad, aceleración, fuerza, trabajo, energía, viscosidad,….) pueden expresarse en función de las primeras.

Un colaborador suyo, Wilheim Eduard Weber (1804 – 1891), hizo lo mismo con los fenómenos eléctricos en 1846.

En 1876 el físico americano Henry Augustus Rowland (1848 – 1901) había establecido que si se hacía girar rápidamente un disco de cristal que llevaba adheridos trozos de estaño, cargados electrostáticamente, este disco desviaba una aguja imantada. Este experimento había sido sugerido hacía años por Helmholtz pero fue llevado a la práctica por Rowland. Esto llevaba a la conclusión de que las cargas aisladas al moverse también creaban campos magnéticos como las corrientes. No podía ser de otra manera pues que era una corriente eléctrica sino un flujo de cargas en movimiento.

Una veintena de años más tarde se confirmaba que la corriente eléctrica no era otra cosa que pequeñas partículas cargadas de electricidad (electrones) moviéndose a gran velocidad, confirmando las conclusiones obtenidas con el disco de Rowland.

Sus trabajos sobre electromagnetismo tuvieron mejor acogida en Inglaterra, sobre todo por parte de Maxwell, que en Norteamérica, su propio país.

Nacido en el pueblo de Polemieux, cerca de Lyon, en la región del Rhone, el 22 de enero de 1775, fue un gran matemático y físico.

Hacia 1760 un antiguo comerciante de Lyon, Jaen-Jacques Ampere, se retira a la pequeña villa de Polemieux junto con su esposa, Antoinette Sarcey de Sutlferes. Allí nace André Marie. La vida de la familia es tranquila, gracias a los ahorros del comerciante, y su única preocupación es la falta de recursos en el pueblo para la instrucción del pequeño.

El niño pronto demostró que podría ser otro Pascal. Su organización intelectual era extraordinaria. No sabía leer ni escribir y ya realizaba operaciones aritméticas ayudándose de una colección de guijarros; utilizaba los trozos de una pasta que le daban para comer, con el mismo fin.

Una vez que aprende a leer devora todos los libros de la pequeña biblioteca paterna. El padre había empezado a iniciarlo en el estudio del latín, pero al comprobar las aptitudes para el cálculo, la geometría y el álgebra lo dirige y orienta hacia el conocimiento de las matemáticas. Pronto sus conocimientos de las matemáticas elementales son superiores a los que en el pueblo pueden enseñarle y pide a su padre que lo lleve a la biblioteca del colegio de Lyon, dirigido entonces por un reputado geómetra, el abad Daburon.

A la edad de sólo once años, Ampère pide al abad las obras sobre cálculo integral, escritas por Euler y Bernouille. Al estar escritas en latín, y no conocer este idioma, reemprende con su padre el estudio del mismo. Poco tiempo después vuelve a solicitar las obras de Euler y Bernouille, ahora con el suficiente bagaje para enfrentarse a ellas. El abad Daburon, maravillado por este interés y capacidad para asimilar y aprender, le da unas clases de análisis matemático que sigue con extraordinario aprovechamiento. Al mismo tiempo un amigo del profesor lo inicia en las ciencias naturales y más concretamente en la botánica y en la zoología.

A continuación se pone a estudiar la Gran Enciclopedia de Diderot y d’Alambert, compendio de todos los conocimientos humanísticos y científicos de aquella época. A los catorce años se suscribe a ella y, aparte de aumentar considerablemente su biblioteca, se convierte en un gran enciclopedista.

Es un autodidacta, y todos los conocimientos los adquiere sin haber asistido a la escuela primaria ni a un liceo.

A sus dieciocho años ya ha estudiado y comprendido, en todos sus detalles, la Mecánica Analítica de Lagrange. Se ha escrito que a esta edad, Ampère ya poseía todos los conocimientos matemáticos de los que hizo uso en su labor científica. En 1793 se termina la plácida vida de estudio del joven Ampère. Llega a Lyon el período conocido como del Terror, de la Revolución Francesa. Su padre, que había ejercido como juez  de paz durante la época anterior, período de la Convención, es detenido y en la inmensa masacre que tiene lugar, por parte de los más fanáticos y radicales revolucionarios, es guillotinado en la Plaza de Vellecour.

Este incidente, que marcó su vida, le produjo una terrible conmoción seguida de una profunda depresión, que le llevó a la pérdida de la razón. Permanecerá más de un año en un estado muy próximo a la locura, sin tener la mínima conciencia de lo que pasa a su alrededor. Un amigo consigue que se entretenga leyendo la obra de Jean-Jacques Rousseau, “Cartas sobre la botánica”, que tuvo la virtud de hacerle salir de su estado de indiferencia y estupor y darle ánimos para seguir viviendo e interesarse por la ciencia de nuevo, sobre todo por las plantas.

Se enamora profundamente de una joven de un pueblo vecino, Julie Carron, con la que se casa. Esta le da un hijo y al poco tiempo, concretamente en 1804, muere su mujer, por lo que vuelve a caer en una depresión grave de la que saldrá, como en la anterior.

A pesar de estos problemas y reveses que le da la vida, continúa ejerciendo de profesor de física y química en Bourg, trabajo que había aceptado para poder casarse y mantener a su familia. En 1809 obtiene, en París, una cátedra de matemáticas.

En el año 1820 se dieron a conocer los resultados de las experiencias del danés Oesterd, que concluían que, al circular corriente eléctrica por un conductor, éste era capaz de desviar una aguja imantada. Esto ocasionó gran expectación en los ambientes científicos, por la posible relación existente entre el magnetismo y la electricidad, siendo los físicos franceses los que desarrollaron una mayor actividad.

A la cabeza de este movimiento estuvieron, desde un principio, Ampère y F.Arago. A la semana de tener conocimiento del fenómeno, Ampère ya había desarrollado un importante estudio cualitativo, enunciando una ley que sistematizaba el hecho experimental y que se conoce como regla de “la mano derecha “ o “del sacacorcho”. Este fue el punto de partida de lo que más tarde el inglés Michael Faraday generalizaría como “líneas de fuerza”.

Para poder explicar la regla de “la mano derecha”, era necesario determinar el sentido de las corrientes en los conductores, cosa harto improbable con la sola observación de éstos. A partir del hilo por el que circulaba la intensidad no se deducía nada. Ampère adoptó el sistema, aceptado en la época y establecido por Benjamin Franklin en el siglo XVIII, de que la corriente iba del polo positivo al negativo. Esto se suponía así pues se consideraba que el positivo poseía un exceso de fluido eléctrico y el negativo una carencia del mismo, por lo que el que tiene más tiende a compensar la falta del que tiene menos, hasta que se igualan las cantidades de fluido eléctrico, equilibrándose.

Hoy se sabe que el sentido es el contrario, que la corriente eléctrica es un flujo de electrones que van del negativo al positivo. Franklin se equivocó, y Ampère mantuvo el error, pero las teorías de este último y de sus predecesores son absolutamente válidas siempre que mantengan constante el sentido utilizado por ellos. La acción magnética de las corrientes se estudiaba en los primeros años del pasado siglo, usando imanes y limaduras de hierro. Ampère pronto demostró que no eran necesarios para observar y estudiar estas atracciones y repulsiones.

Sobre un artilugio de su invención, muy original, montó dos hilos conductores, paralelos, uno fijo y el otro móvil, pudiéndose este último acercar o alejar del primero. Haciendo circular corrientes en el mismo sentido, ambos conductores se atraían. Si por el contrario una de las corrientes invertía su sentido, respecto a la otra, los conductores pasaban ahora a repelerse.

Si a uno de los hilos conductores se le permitía girar ahora libremente sobre un eje perpendicular a él y al otro hilo, pero éste fijo, al pasar por ellos corrientes de sentidos opuestos al hilo móvil describía un movimiento semicircular hasta que se situaba paralelo al fijo, de forma que las corrientes circulasen ahora en el mismo sentido.

Estudió también el comportamiento de las corrientes eléctricas, al circular por conductores de forma circular y junto con Arago enunció que, al circular una corriente por un hilo arrollado a la manera de un muelle, su comportamiento es semejante a un imán. Ampère llamó a este hilo espiral “solenoide”. Este descubrimiento sirvió al inglés William Sturgeon para construir el primer electroimán, tan importante para el total desarrollo de las máquinas eléctricas, y al americano Joseph Henry a desarrollar toda la teoría de la autoinducción.

Ampère, gran matemático, no se detuvo sólo en experiencias cualitativas y pensó que si una aguja era desviada por una corriente o dos corrientes se interaccionaban, era posible medir estas fuerzas (de atracción o repulsión), así como las corrientes que las originaban.

Calculó la corriente que circula por un conductor, midiendo sobre un limbo graduado la desviación producida a una aguja imantada, con lo que encontró la relación existente entre la corriente (causa) y la desviación (efecto).

Ampère fue el primero en aplicar las matemáticas avanzadas en los estudios del magnetismo y la electricidad, deduciendo la importante expresión analítica, conocida como “ley de Ampère”. Esta ley, presentada a la Academia de Ciencias de París, puede enunciarse así:

Dos hilos paralelos recorridos por una corriente eléctrica se atraen cuando la electricidad los recorre en el mismo sentido y se repelen, por el contrario, si las corrientes eléctricas se mueven en sentidos opuestos”.

En muchos aspectos fue un adelantado a sus coetáneos. Por ejemplo, en 1823, expuso la teoría de que las propiedades magnéticas de los cuerpos se deben a la circulación continua y permanente de pequeñas corrientes en su seno. Sus contemporáneos se mostraron muy escépticos ante estas opiniones, pero tres cuartos de siglo después se descubrió la existencia de pequeñas partículas cargadas, que se mueven continuamente en el seno de la materia.

En la actualidad la ciencia le rinde honores al darle a la unidad de intensidad eléctrica, cantidad de corriente que atraviesa un conductor en la unidad de tiempo, su nombre, en el Sistema Internacional (SI) de Unidades.

El físico francés presumía que la Tierra se comportaba como un imán, sobre las corrientes eléctricas. Sus experiencias le dan la razón de este aspecto. Durante varias semanas científicos de su país y extranjeros se reunieron en su laboratorio de la calle Fossés- Saint-Victor para observar cómo un hilo conductor, unido por sus extremos a los polos de una pila, se orienta bajo la acción, tan sólo, del globo terrestre.

Tampoco fue ajeno al descubrimiento de Arago, sobre la imantación del acero y del hierro. Este fenómeno le inspira un telégrafo eléctrico, que aunque no llegó a construir, dejó perfectamente descrito en la publicación: “Anales de física y química” (20 de octubre de 1820).

La última obra de Ampère fue “Clasificación de las especies”. Apenas acabada parte, en mayo de 1836, para una gira como inspector general de la Universidad. Su estado de salud ya preocupa a sus familiares y amigos, pero piensan que le benigno clima mediterráneo del sur francés le beneficiará. Estas esperanzas son cruelmente infundadas. Llega moribundo a Marsella a causa de una antigua afección pulmonar, que se complica con una congestión cerebral que acaba quitándole la vida el 10 de junio, cuando contaba 61 años de edad.

Es el creador de la ciencia de la electrodinámica. Ampère representa uno de los ejemplos más importantes de la universidad del saber. A sus 18 años conocía a fondo la Gran Enciclopedia de Diderot, a lo largo de su vida se interesa por la zoología y la botánica, así como otras ramas de la ciencia de la naturaleza; crea las bases del telégrafo eléctrico y profundiza en el terreno del electromagnetismo en su última obra. Cuando se interesaba por un tema no lo hacía superficialmente, sino que se dedicaba a fondo.

Humanamente fue tan grande como en el campo científico. A los 18 años había inventado un idioma universal para hermanar a toda la humanidad, a los 50 compone una obra de moral y filosofía estudiando las causas que se oponen a la felicidad del hombre.

A pesar de los inmensos sufrimientos que marcaron su juventud, fue un hombre solidario con sus semejantes, modesto y sencillo con sus colegas, desinteresado y querido por todos.

En las primeras décadas del siglo XIX aparecen una pléyade de científicos que con sus investigaciones experimentales y teóricas dan un gran impulso, prácticamente definitivo, para la ciencia del electromagnetismo. Sus aportaciones no son directamente sobre las máquinas eléctricas pero si sobre magnetismo y electricidad, así como su interacción, por lo que su contribución a la aparición, desarrollo y mejora de éstas es evidente e indiscutible. Por todo esto es justo y necesario dedicarles unas líneas para situarlos en su tiempo y citar sus aportaciones.

Principalmente son tres los personajes a destacar, pero por su gran importancia directa en la génesis de los convertidores electromecánicos o máquinas eléctricas merecen un estudio diferenciado posterior. Estos hombres son: François Arago (1786 – 1853),  André Marie Ampère (1775 – 1836) y Michel Faraday (1791 – 1867).

Los científicos que de una forma más indirecta o parcial contribuyeron, en gran manera, al desarrollo de las máquinas eléctricas por sus leyes y descubrimientos en el campo de la electricidad y el magnetismo se van a comentar a continuación de forma breve.

– Henry Cavendish (1731 – 1810); aunque no sea precisamente un científico del XIX, pues sus descubrimientos datan del siglo anterior, así lo consideraremos ya que es en este siglo XIX cuando fueron hechos públicos y conocidos por la comunidad científica.

De este personaje podría escribirse un voluminoso tratado tan sólo estudiando sus manías, complejos y obsesiones. A pesar de ello muchos historiadores lo sitúan como uno de los científicos más importantes que han existido.

Nacido en la Costa Azul (en Niza un 10 de octubre) donde su madre realizaba una cura de reposo, se educó en Inglaterra y estudió en la Universidad de Cambridge, aunque no logró titularse. Entre los complejos citados estaba el de no ser capaz de hablar con más de un hombre a la vez y eso con un gran esfuerzo y enormes sacrificios. Esto hizo que no fuese capaz de enfrentarse a tribunal alguno para demostrar sus conocimientos y así obtener el título universitario. Este problema le acompañó toda su vida, acentuándose con los años, con lo que sus relaciones personales fueron prácticamente nulas y sobre todo si se trataba de mujeres, a las que ni siquiera era capaz de mirar. Como anécdota, sobre este miedo al género femenino, basta decir que con sus sirvientas se comunicaba mediante notas y si una de ellas por error o indiscreción se cruzaba con él en un pasillo era de inmediato despedida. Afortunadamente, para la ciencia sobre todo, Cavendish pertenecía a una acaudalada familia que le pasaba una sustanciosa contribución que le permitía vivir dedicado a su gran pasión, la investigación científica. Como ejemplo de esta desahogada situación tan sólo se debe decir que cuando rondaba los cuarenta años heredó un millón de libras, a las que le prestó nula atención, y pasaron a los herederos intactas más de tres décadas después, al morir.

Trabajó en varias ramas de la física pero desde el punto de vista que nos ocupa, la electricidad, fue entre los años 1770 y 1780 donde se dedicó con más ahínco. En esta época realizó innumerables experimentos, que no llegó a publicar y ni siquiera comunicar a conocidos, por lo que muchos de sus descubrimientos fueron “descubiertos” medio siglo después. Como muestra de esta absurda situación comentar que la ley de Ohm fue descubierta por Cavendish.

James Clerk Maxwell, físico y matemático escocés, encontró en un desván las anotaciones de Henry Cavendish, las ordenó y al darse cuenta de la importancia de lo que tenía entre manos, las publicó. Esto ocurría cien años después de hacer los experimentos con lo que se constataba que mucha de la ciencia eléctrica elaborada en los últimos cincuenta años (anteriores a la publicación) ya estaba descubierta. Lo que Maxwell ordenó y descifró no era ni más ni menos que veinte paquetes de manuscritos. Sería interesante poder saber qué hubiera ocurrido con la investigación en el campo de la electricidad si este extraño inglés hubiera comunicado sus trabajos. A lo mejor todas las fechas que aparecerán en los próximos capítulos estarían adelantadas 40 o 50 años. A pesar de todo lo dicho hay que rendirle un homenaje de respeto al excéntrico investigador pues es un ejemplo de amor y sacrificio por la ciencia sin esperar nada a cambio. Este sacrificio se pone de manifiesto en el detalle, uno entre los muchos que se encuentran en sus biografías, de que consciente de su poca habilidad para construir instrumentos de medida (e incapaz de pedir ayuda a otras personas) medía sobre él mismo los efectos de las corrientes. Así medía las descargas que realizaba sobre su propio cuerpo estableciendo una escala de daños y dolores producidos. A pesar de todo vivió 79 años y murió un 24 de febrero en Londres a solas como no podía ser de otra manera.

Algunos descubrimientos posteriores totalmente atribuibles a Cavendish son: la determinación de la capacidad de un condensador, el cálculo de la conductibilidad de los hilos metálicos o la fuerza de atracción entre cargas eléctricas.

Esta fuerza de atracción entre cargas eléctricas, descubierta por Cavendish, se conoce como ley de Coulomb. en honor del francés

–  Charles Agustin Coulomb (1736 – 1806); Ingeniero militar nacido un 14 de junio en Angulema, abandonó pronto el ejército y pasó desapercibido durante los turbulentos años de la revolución. Sus conocimientos técnicos y su habilidad manual hicieron de él un experto constructor de instrumentos de precisión. Esta precisión era lo que le faltaba a la electricidad para seguir avanzando. Coulomb compensó esta deficiencia aportando una serie de aparatos fabricados e ideados por él.

En 1785 encontró la expresión que permitía calcular la fuerza con que se atraían (o repelían) dos cargas eléctricas de distinto signo (o del mismo signo). Llegó a la conclusión de que estas fuerzas eran directamente proporcionales al producto de las cargas que crean estas fuerzas e inversamente proporcionales a las distancias que las separan. A conclusiones semejantes había llegado Joseph Priestley basándose en la experimentación.

Para determinar la ley que lleva su nombre, Coulomb utilizó una báscula de torsión ideada por John Michell (1724 – 1793) para medir la constante gravitatoria terrestre. Colocaba pequeñas esferas cargadas con distintas cargas y a diferentes distancias, y medía las fuerzas entre ellas por la deformación o torsión del alambre de la balanza. La obra de Coulomb y sobre todo sus trabajos con la balanza de torsión son un claro ejemplo de  los excelentes resultados que se obtienen de la estrecha colaboración entre la técnica, la experiencia y las matemáticas.

Terminó sus días en París, un 23 de agosto dejando su nombre a la unidad de carga eléctrica, Coulomb (C), en el Sistema Internacional (S.I.) de Unidades.

– Thomas Johann Seebeck (1770 – 1831): físico ruso-germano, observó que si se unen dos alambres de metales diferentes por sus extremos, y se llevan cada uno de los metales a temperaturas diferentes se generará una corriente eléctrica continua que se puede hacer circular por un circuito de forma ininterrumpida.

El efecto Seebeck, observado en 1821, no produjo aplicaciones inmediatas y hasta después de más de cien años no fue utilizado por Shockley en los sistemas semiconductores.

Humphry Davy (1778 – 1829): figura fundamental e indiscutible en el campo de la electroquímica. Su vocación por la química surge en el año 1797 al leer un texto de química de Antonie Laurent Lavoisier (1743 – 1794). Descubrió algunos gases en el curso de sus investigaciones pero su prestigio lo alcanzó con la electricidad. Davy se interesó por los efectos que ésta era capaz de producir sobre compuestos químicos (electrólisis).

Construyó la batería más grande construida hasta su época (basándose en la información que Volta proporcionó a la Royal Society) y con ella generó corrientes de gran intensidad. Se creía que algunos compuestos como la potasa, la sosa, la magnesia y la caliza contenían en su estructura algunos elementos metálicos jamás aislados. El motivo por el que no se podían aislar estos elementos, utilizando calor o reacciones de sustitución, era por su íntima unión con el oxígeno.

La fuerte corriente generada con esta batería de más de 250 placas metálicas (batería de Wollaston construida por Davy) se hacía circular por las sustancias en cuyo seno se sospechaba que existían los metales citados. Los resultados obtenidos fueron impresionantes. El 6 de octubre de 1807 la corriente liberaba de la potasa un metal que se llamó potasio y una semana después de la sosa otro llamado sodio. Por este método electroquímico aisló muchos más metales.

También en el campo de la electricidad, hay que atribuirle el invento de la lámpara de arco o primer intento de usar la electricidad para la iluminación.

Otra de las facetas en la que destacó es como conferenciante. En 1801, buscando la Royal Institution a un conferenciante para unas suplencias, contrató a Davy, que se quedó definitivamente y al año siguiente era catedrático de la institución.

Nacido en Penzance el 17 de diciembre de 1778, muere el 29 de mayo de 1829 en la ciudad suiza de Ginebra. Se ha dicho que su gran aportación a la ciencia no es la ingente tarea en el campo de la química y la importantísima en el de la electricidad sino el descubrimiento del joven Michael Faraday.

NOTA: La otra gran sociedad científica británica junto con la Royal Society es la Royal Institution. Fundada en 1799 por Benjamin Thompson Rumford (1753 – 1814) con el fin de “proseguir investigaciones científicas y literarias, ilustrar y difundir los principios de la ciencia inductiva y experimental, ofrecer más facilidades para la comunicación entre quienes se dedican a la ciencia y proporcionarles los medios de estudio colectivo e individual”.

Michael Faraday, John Tyndall y otros ilustres científicos pertenecieron a ella. Davy perteneció a ambas.

Michael Faraday era uno de los diez hijos de un herrero de Newington, condado de Surrey, localidad cercana a Londres. Nació el 22 de septiembre de 1791, tuvo una infancia sin sobresaltos y a los quince años fue enviado como aprendiz de encuadernador de un artesano llamado Ricbcau, que tenía su taller en Manchester Square (Londres), donde permaneció unos 8 años. La normalidad de su educación e infancia la expresa él mismo con estas palabras: “Mi educación fue del tipo más corriente, consistente en poco más que en rudimentos de lectura, escritura y aritmética en una escuela normal. Mis horas fuera de la escuela las pasaba en casa o en la calle”.

El azar le dio a la ciencia uno de sus grandes hombres. En primer término por el lugar de trabajo que le puso en íntimo contacto con los libros. Después porque el patrón, simpatizando con la avidez del joven Faraday por aprender, le facilitaba la lectura y la encauzaba. Así, él mismo escribió: “… es en estos libros, durante mis horas de reposo, donde he comenzado mi aprendizaje filosófico (científico). Dos obras me han ayudado sobre todo: la Enciclopedia Británica y las Conversaciones sobre Química, de Marce , que me han iniciado en la ciencia de mi predilección. No vayáis a creer que he sido un pensador profundo o un niño precoz. Yo tenía una imaginación viva tan dispuesta a creer en los cuentos de las Mil y Una Noches como en la Enciclopedia. Pero los hechos tenían sobre todo importancia para mí y ello me ha salvado. Yo sabía ponerlos a prueba y comprobar las aseveraciones de los libros…”.

El libro de química de Marcet, esposa de un físico de Ginebra, lo leyó con fruición y repetidamente. En esta época dedicaba parte de su salario para comprar productos y repetir los experimentos en él descritos.

En el año 1812 de nuevo el azar contribuyó a la formación de Faraday como científico. Un cliente del encuadernador, Dance, miembro de la Royal Institution, le regaló una entrada para asistir a las clases que en dicha institución impartía un destacado científico de la época, Humphry Davy, periódicamente.

La invitación fue bien aprovechada. Michael Faraday tomó notas del curso, las pasó en limpio, las ilustró con dibujos y diagramas en color, con lo que formó un manuscrito encuadernado con 386 páginas, se lo envió a Joseph Banks, botánico, por entonces presidente de la Royal Institution, con la idea de que le ofreciera un puesto de trabajo para estar más cerca de los investigadores. Al no obtener respuesta, se dirigió directamente a Davy, pidiendo un puesto como ayudante.

El 18 de marzo de 1813, sin haber cumplido los 22 años, es propuesto por H.Davy de la siguiente forma:

“Sir H.Davy tiene el honor de informar a los señores directores que ha encontrado una persona deseosa de llenar el lugar que ocupaba William Payne. Su nombre es Michael Faraday. Es un joven de veintidós años que parece apto para llenar este lugar. Sus hábitos parecen buenos, su natural activo y despierto, sus maneras muy inteligentes. Acepta emplearse en las mismas condiciones en que estaba Mr. Payne en el momento de dejar la institución”.

Se acepta el nombramiento como ayudante de Davy en su laboratorio, con un sueldo de 25 chelines a la semana, salario inferior al que recibía como encuadernador.

Davy se lo llevó como ayudante y secretario a un viaje por Europa (sur de Francia, Ginebra, Italia). Su alegría y simpatía hacían que fuera aceptado y respetado por todos los que le conocían. Una frase, escrita por un científico que recibió la visita de los dos ingleses era contundente: “Hemos admirado a Davy, pero amado a Faraday”. Esto dio lugar a que los celos de la esposa de Davy hiciera el viaje desagradable, tratando al joven, más como un sirviente que como un colaborador, sin que su marido pudiera o quisiera evitarlo.

En este viaje conoció a hombres de ciencia de aquel tiempo de suma importancia, como Gay-Lussac o Ampère.

Al regreso a Inglaterra Faraday se dedicó al laboratorio en cuerpo y alma, dejando poco a poco a un lado a Davy. Es curioso que cuando el protegido del maestro fue propuesto como miembro de la Royal Institution, en 1824, el único voto en contra que surgió fue el de Davy (tal vez presionado por la esposa resentida).

En 1825 fue nombrado director del laboratorio y en 1833 profesor de química.

Su escasa memoria, que hacía que tuviera que llevar en una libreta anotados todos los detalles de sus experimentos, para no olvidarse, hizo que no fuera un erudito de conocimientos enciclopédicos (como lo fue su coetáneo André M.Ampère). Tenía una escasa base matemática, pero lo compensó con una gran capacidad de expresar gráficamente sus experimentos. Su sagacidad como investigador será difícilmente superable.

A los 30 años, en 1821, se casó con una muchacha que entonces tenía 22 años, formando un matrimonio estable y feliz sin hijos. La señora Faraday fue una leal colaboradora de su marido siendo, a veces, la primera en observar un nuevo fenómeno o intuir una ley. Sus ideas religiosas (pertenecía a una secta ya extinguida, muy estricta) le impidieron aceptar nombramientos, condecoraciones y homenajes. Renunció al nombramiento de Sir, por parte de la Reina, así como a la presidencia de la institución a la que dedicó su vida.

Murió cerca de Londres, en Hampton Court, el 25 de agosto 1867, en una casa cedida por la reina Victoria como recompensa a su labor científica e investigadora. Fue enterrado bajo una sencilla lápida, como había pedido, pero dejando su nombre grabado en la física, ya que la unidad de capacidad eléctrica en el Sistema Internacional de Unidades es el Faraday (F).

Su obra puede dividirse en dos partes, la química y la electricidad.

La primera le debe el método para licuar gases, ideado en 1823, sometiéndolos a presión. Así lo consiguió con el cloro (hasta entonces conocido como “gas permanente”, o sea, imposible de licuar), anhídrido carbónico, ácido sulfhídrico y otros. El primer  trabajo que mereció ser publicado en el “Phylosophical Transactions”, en 1820, fue un estudio sobre “dos nuevas combinaciones del cloro y del carbono y sobre un nuevo compuesto de yodo, carbono e hidrógeno”.

Su gran contribución a la química orgánica la realizó en 1825 al descubrir el compuesto conocido por benceno. Lo publicó bajo el título : “Algunas nuevas combinaciones del carbono y del hidrógeno”, en el que anuncia el descubrimiento del benzol (núcleo benzoico) que constituye, hoy día, uno de los pilares de la moderna industria química orgánica.

Faraday continuó la labor de Davy en electroquímica. A él se deben los términos: electrolisis, electrolito (solución que podía conducir la corriente); denominó electrodos a las varillas metálicas que se introducen en la solución (bautizando por ánodo y cátodo al positivo y al negativo, respectivamente). Tocó otros campos con cierto éxito, como la óptica, obteniendo vidrios de alto índice de refracción, o la metalurgia, investigando sobre la fabricación de aceros de alta resistencia.

Pero la gran obra de Faraday es sobre el electromagnetismo, cuyos resultados sirvieron para cimentar la teoría electromagnética de Maxwell.

El punto de partida de la obra se asienta en 1821 cuando, después de repetir el experimento de Oesterd , escribió un resumen sobre la evolución del electromagnetismo hasta ese mismo instante.

Todos los experimentos los publicó en 14 series, destacando las cinco primeras como la base del electromagnetismo y la electroquímica actual. Estas primeras series trataban de:

1. Los fenómenos de inducción electromagnética. Leída el 24 de noviembre de 1831.
2. De la inducción por magnetismo terrestre. Leída el 12 de enero de1832.
3. De la identidad de las electricidades proveniente de las distintas fuentes, es decir: electricidad voltaica (de las pilas), electricidad ordinaria (por frotamiento), magnetoelectricidad, termoelectricidad y electricidad animal. Leída el 10 y 17 de enero de 1833.
4. De las leyes de la conducción eléctrica. Leída el 23 de mayo de 1833.
5. De la descomposición electroquímica. Leída el 20 de junio de 1833.

Sólo la cita de estas series, subdivididas en 563 experiencias, dan una idea del ingente trabajo realizado por Michael Faraday sobre electricidad.

Un detalle que define el talante científico de Faraday es el siguiente. Murió pobre, aunque cuando comenzó a ser conocido recibió numerosas ofertas para resolver problemas técnicos industriales. Así, en 1830 ganaba en la Royal Institution 100 libras anuales más otras 1000 por trabajos extras. Ya en 1832 le ofrecieron 5000 libras al año. Pensó que el trabajo en la industria le restaría tiempo y dedicación para su labor investigadora y se planteó el eterno dilema: dinero o ciencia.

Por fortuna optó por la ciencia.

Aunque con la máquina “hidro-eléctrica” de Armstrong se cierra la etapa de los generadores de fricción para producir electricidad estática, no quedaría completa su descripción si no nombráramos aquí la máquina de Van de Graaff.

Aunque cronológicamente no corresponda a la época que se está tratando y su aplicación no sea la misma que las otras máquinas de este tipo, sí constituye un verdadero generador electrostático. Ideado y construido por Robert Jemison Van de Graaff (1901-1967) presentó su primer modelo de generador de Van de Graaff en 1931 con la intención de tener un instrumento que generase altos potenciales. Este generador electroestático fue diseñado cuando trabajaba en el MIT (Massachusetts Institute of Technology) y estaba pensado para producir rápidamente potenciales muy altos para acelerar partículas subatómicas. La importancia en el campo de la investigación nuclear no fue muy grande pues este generador fue superado con creces por el ciclotrón de Ernest Orlando Lawrence (1901-1958).

Pero ¿en qué consistía la máquina de Van de Graaff?

En líneas generales está constituido por una banda aislante que se desplaza verticalmente por la acción de dos cilindros que giran sobre sus ejes horizontales. La carga portada por la banda móvil es depositada mediante un contacto que la frota, sobre una gran esfera o cúpula metálica. Esta cúpula se comporta como un gran condensador esférico y la carga transportada como una fuente de corriente que la alimenta. El potencial va aumentando por la sucesiva aportación de cargas hasta llegar a alcanzar la tensión de ruptura de la atmósfera circundante y a partir de este momento se produce una descarga disruptiva. Téngase en cuenta como dato curioso que con estos generadores se superaban con facilidad el millón de voltios de tensión.

En el generador Van de Graaff es necesario una fuente de tensión externa para depositar la carga sobre la banda (la carga no se obtiene por frotamiento).

Para evitar estas fuentes externas de tensión se diseñaron los “generadores electrostáticos autoexcitados”. El funcionamiento era semejante pero presentaba una modificación morfológica. La banda aislante iba dotada de segmentos conductores. En esta constitución más que rociar la banda con cargas se coloca un electrodo con cierto potencial respecto al cilindro conductor inferior de forma y manera que se induzcan cargas, sobre los segmentos móviles, de polaridad opuesta. Estos segmentos transportan su carga a la esfera metálica y el fenómeno producido es el mismo. El mecanismo es el mismo con la única salvedad de que un modelo induce la carga y el otro la rocía.

La idea no es del todo original pues está basada en la conocida como máquina de Wimshurst, que consistía en un disco aislante que llevaba incrustados trozos o tiras de un conductor (generalmente estaño) y se le hacía girar manualmente. Por fricción se cargaba y estas cargas se almacenaban en botellas de Leyde.

Existen gran variedad de estas “ruedas” en los laboratorios de principio de siglo.

NOTA: Robert Jenison Van de Graaff era un físico americano que estudió en la Universidad de Alabama, amplió estudios en la Sorbona y se doctoró en Oxford. De regreso a los EEUU trabajó primero en Princeton y en 1931 entró a formar parte del personal investigador del MIT. Se le conoce, tal y como se ha mencionado, por haber inventado el generador electrostático de alto potencial.

Basándose en todas las experiencias y conclusiones, William Armstrong (1810-1900) construyó una máquina para aprovechar al máximo la posibilidad de generar electricidad, por frotamiento o “natural” como la llamaba Faraday, usando vapor húmedo. La máquina está representada en un grabado del pasado siglo (ver imagen de cabecera del post) y su constitución y funcionamiento es el siguiente:

• El sistema está compuesto de una caldera, de chapa metálica, cilíndrica, designada por A. Ésta lleva una puerta B, que permite mantener el fuego en el interior para producir vapor a partir del agua. La caldera se mantiene aislada de tierra gracias a la utilización de cuatro patas de vidrio S, que la mantiene elevada.
• La seguridad del usuario de la máquina está garantizada mediante una válvula de seguridad C, que se abre si la presión aumenta en exceso.
• El nivel del agua en el inferior de la caldera es comprobable en todo momento mediante un tubo de vidrio N, situado verticalmente, comunicado por su extremo inferior con el agua que se está calentando.
• Un manómetro controla la presión del vapor.
• Cuando esta llega a un valor prefijado, se abre una válvula D que permite el acceso del vapor del agua a un recinto con girones de algodón humedecidos E.
• El vapor húmedo sale de este recinto a través de unos tubos de forma particular, de madera dura en su interior, muy estrechos, para conseguir un gran frotamiento vapor/tubo.
• El vapor se carga positivamente mientras que la carga negativa se traslada a la caldera, aislada.
• Para recoger las cargas positivas se utiliza una placa G, con puntas o rugosidades, sobre la cual se dirige el chorro de vapor positivo. Estas cargas se acumulan en una esfera o globo metálico H, aislado del suelo mediante una columna de vidrio I.
• La cantidad de electricidad es directamente proporcional a la presión del vapor, por lo que se trabaja con presiones del orden de 5 o 6 atmósferas.

Estas máquinas podían competir con las de frotamiento, conocidas desde antiguo, pues se podían conseguir 5 chispas por segundo, de 45 cm de longitud, en calderas con tan solo 40 litros de capacidad.

En los gabinetes de física se instalaron algunas de cierta envergadura, como la de la Facultad de Ciencias de París, que poseía 80 boquillas de expulsión de vapor, o la de la Institución Politécnica de Londres, cuya caldera tenía 2 m de longitud con cuarenta y seis chorros, que eran capaces de producir chispas de hasta 60 cm de longitud.

Las máquinas “hidro-eléctricas” de Armstrong no tienen mucha importancia en su época, ni hoy día son conocidas, debido a un descubrimiento fundamental para el desarrollo de las máquinas eléctricas tal como se conciben actualmente como es la ley de la inducción de Michael Faraday en 1831.

Aunque la máquina de Armstrong fue poco más que una curiosidad de laboratorio, en 1857 Wheatstone y Frederick Abel presentaron al Departamento de Guerra esta máquina como un método para detonar minas, por cierto con muy poco éxito.

Tampoco se han de olvidar los múltiples inconvenientes que presentaba su utilización, que la hicieron poco útil. Las espitas se atascaban con facilidad, debido a su escaso diámetro para conseguir un mayor roce. La cantidad de electricidad consumida en los laboratorios era grande, por lo que era necesario reponer continuamente el agua de la caldera, con el consiguiente descenso de la presión del vapor con la pérdida de tiempo hasta conseguir el valor óptimo de ésta. La limpieza constante del interior de la caldera era necesaria para evitar que el vapor arrastre impurezas que taponen los estrechos conductos de los que va dotada la máquina.

En la actualidad una máquina de Armstrong, en muy buen estado de conservación, se halla expuesta en el Deutsches Museum de Munich, en la sección de Electrostática, clasificada con el título de Dampfelektrisiermaschine, en alemán, equivalente a máquina que transforma vapor en electricidad.