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.
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