Descubierta, experimentada y mejorada con diversas aportaciones la pila de Volta la electricidad estática (electrostática) procedente de las “máquinas eléctricas“ y botellas de Leyde comienza a perder interés y lo gana la electricidad en movimiento (electrodinámica) que tiene su origen en las pilas, baterías y acumuladores que funcionan a partir de reacciones químicas.

Es en este contexto donde nace una máquina electrostática, como fruto de un incidente casual, que hubiera sido de gran importancia en el desarrollo de las máquinas de frotamiento si estas no estuvieran ya en franco retroceso cuando vio la luz.

Este incidente ocurre un día del mes de septiembre de 1840. En los alrededores de la ciudad de Newcastle-upon-Tyme, en el este de Gran Bretaña, un mecánico se ocupaba de arreglar los desperfectos de una caldera de vapor de una locomotora de ferrocarril perteneciente a la Cramlington Colliery Railway, en la que se había producido una fuga.

En un momento del trabajo introdujo una de sus manos, de forma involuntaria, en el chorro de vapor que se escapaba de la caldera, mientras que con la otra se agarraba a la palanca de apertura de la válvula de seguridad. El operario experimentó una fuerte sacudida , al tiempo que misteriosa y sorprendentemente, de las puntas de los dedos de las mano que sujetaba la palanca, emanaban unas chispas.

El efecto no tenía explicación alguna en ese momento aunque la explicación no es difícil darla ahora. Parece ser que el mecánico se encontraba apoyado sobre un montón de ladrillos o escombros calientes por el sol, y por lo tanto secos, que hacían que su cuerpo se encontrase perfectamente aislado de la tierra. Al tocar el vapor que se escapaba, cargado positivamente por la fricción con la chapa al salir, y la caldera de carga negativa, el cuerpo del aislado mecánico hacía de conductor conectando las zonas con cargas de signo contrario.

En la imagen de la cabecera de este post se puede apreciar un grabado tomado de un texto de 1867, en el que se expresa de forma ingenua, pero harto elocuente, la descarga experimentada por el operario que trabajaba sobre la locomotora. Como puede observarse éste no cumple las condiciones descritas al principio de este apartado, pues su cuerpo no hace conexión entre las partes cargadas positiva y negativamente.

Enterado del hecho, sin explicación, William Armstrong (1810-1900) se preocupa y ocupa del caso. Para ello usa una pequeña caldera que cumple los requisitos necesarios para repetir los incidentes y controlarlos. En seguida comprende que esta descarga es de origen eléctrico y es producida por electricidad de frotamiento (conocida desde hacía muchos años).

El montaje de Armstrong consiste en una caldera de la que se obtiene el vapor por medio de un tubo de vidrio, terminado en una espita aislada. Mientras que el vapor no es utilizado no se manifiestan en él efectos de tipo eléctrico, pero en el momento en que el vapor escapa por la espita se carga positivamente, mientras que ésta lo hace negativamente y, por otra parte, la caldera se mantiene en estado neutro, como antes de dejar escapar el vapor.

El insigne científico inglés, Michael Faraday, se interesó por este fenómeno y dedujo que la separación entre las cargas positivas y negativas, se producía única y exclusivamente en el momento de salir el vapor a través de la espita y era originado por el frotamiento de éste contra las paredes de aquella.

Faraday va más lejos y enuncia que, si el vapor está caliente y seco, no puede producirse el fenómeno, no se cargará el vapor (positivamente), ni la espita (negativamente), con lo que permanecerán ambos (neutros) como antes de abrir la válvula que permite la salida del chorro. Para justificar lo anterior hace experimentos con vapor sobrecalentado y seco, comprobando la ausencia del fenómeno eléctrico. Si, por el contrario, al vapor se le hace pasar, antes de dejarlo escapar, a través de un recinto lleno de estopa húmeda o cargada de gotitas de agua puede obtenerse electricidad en abundancia. En consecuencia, son las gotas de agua las causantes de la generación de electricidad, teniendo gran influencia sobre la cantidad de electricidad producida el material empleado en la humidificación. Así, la madera de boj es una de las mejores, según hizo constar Faraday.

NOTA

William George Armstrong nació en Newcastle-upon-Tyne en 1810 y murió en 1900 en Rothbury; se le concedió el nombramiento de Sir William y, más tarde, el de Lord Armstrong de Cragside. Fue procurador de Newcastle y allí se interesó por la ciencia y la ingeniería. Participó activamente en el desarrollo industrial de la Inglaterra victoriana siendo nombrado, en 1846, Felow de la Royal Society. Además de la máquina descrita, inventó un acumulador hidráulico, una grúa que se basaba en semejantes principios, distinguiéndose además por sus estudios e investigaciones sobre la fabricación de cañones. También creó una mezcla pirotécnica, conocida con su nombre, a base de fósforo amorfo y cloruro potásico.

 

 

El año 1800 vuelve a ser paradigmático en esta historia.  En sus primeros días el italiano Alessandro Volta (1745-1827) construye en su retiro de la ciudad alpina de Como (Lombardía) un sistema que es capaz de producir corriente eléctrica de forma continuada.

La electricidad era un fenómeno que levantó enorme expectación en esta época y Volta se interesó vivamente por los fenómenos eléctricos pero sobre todo por las nuevas teorías eléctricas aportadas por Joseph Priestley (1733-1804).

En 1774, Alessandro Volta, es elegido profesor de física en el Colegio Superior de Como y un año después inventa el electróforo. Este aparato consistía en un disco metálico cubierto de ebonita y otro disco metálico también, provisto de una asa aislada eléctricamente. El funcionamiento, descrito en una carta escrita a Priestley, era el siguiente: frotando el disco de ebonita se consigue cargarlo negativamente. Si se le coloca ahora encima el disco metálico en la cara más próxima al otro, la carga es positiva y en la otra cara la carga es negativa. Si mediante un alambre llevamos esta carga a tierra y realizamos todo el proceso repetidas veces se puede llegar a cargar el disco metálico, sujeto por el asa aislante, con gran cantidad de cargas positivas. Este acumulador de electricidad estática era un paso intermedio entre la botella de Leyde y el condensador actual, sustituyendo a las primeras en su función.

En el año 1779, precedido de la fama de su descubrimiento, se le concedió la cátedra de Física de la Universidad de Pavia, en cuyos laboratorios construyó otros aparatos electrostáticos. La gran aportación de Volta a la ciencia eléctrica viene como consecuencia de sus investigaciones en las teorías de Luigi Galvani (1737-1798).

Este profesor de anatomía de la Universidad de Bolonia comprobó que cuando a las ancas de ranas amputadas les llegaban descargas eléctricas procedentes de máquinas electrostáticas o botellas de Leyde, se convulsionaban violentamente.

Aceptando las teorías de Franklin de que el rayo era de naturaleza eléctrica colocó en una terraza ancas de rana atravesadas por una varilla metálica, para que recogiera esta electricidad, y observó que también se contraían. Pero también se contraían aunque no hubiese tormenta con la sola condición de que estuviesen en contacto con dos metales diferentes.

Estaba demostrado que la electricidad jugaba un papel fundamental en estos fenómenos. Sin embargo la cuestión a dilucidar era si la electricidad nacía de los metales o de los músculos. Esto dio lugar a dos escuelas o tendencias:

• Los defensores de que la electricidad tenía su origen en el metal, capitaneados por Volta, a cuya cabeza se colocó Coulomb y
• Los que creían que estaba en el músculo, basándose en los experimentos de Galvani y su “electricidad animal”, patrocinados por Friedrich Humholdt (1769-1859) y algunos fisiólogos.

Para justificar sus postulados Alessandro Volta hace uso de los metales sin utilizar los músculos y obtiene pequeñas corrientes. Esto ocurre en 1794 y deduce que la corriente no necesita de músculos ni elementos vitales algunos. En 1800 consigue imponer definitivamente sus teorías produciendo un flujo continuo de electricidad, mediante sistemas meramente químicos.

Estos sistemas estaban constituidos por recipientes con una solución salina, conectados por arcos metálicos cuyas puntas se introducían en recipientes consecutivos. Los extremos de estos arcos eran de metales diferentes. Así un extremo podía ser de estaño o cinc y el otro de cobre. Este conjunto, al igual que las agrupaciones de botellas de Leyde (baterías de botellas de Leyde), constituía una “batería eléctrica”.

Sin embargo el sistema era muy complicado y engorroso de utilizar, por lo que Volta lo simplificó de la forma siguiente; utilizó pequeños discos de carbón impregnados de la solución salina evitando así los recipientes. Encima y debajo de estos discos colocó discos de cinc y cobre respectivamente. Así fue apilando alternativamente cobre, carbón impregnado y cinc, dando lugar a la pila de Volta. Este nombre de “pila” se lo adjudicó el mismo físico italiano por su disposición y aunque no es el más afortunado es el que ha sobrevivido y popularizado.

Y es así como uniendo, mediante un alambre conductor, los extremos de esta pila circulaba una corriente eléctrica.

A partir de que sus ideas y trabajos son conocidos (carta a Sir Joseph Banks, presidente de la Royal Society de Londres), Alessandro Volta se hace famoso (su fama permanecerá intacta hasta nuestros días), obtiene premios, condecoraciones y hasta un título nobiliario.

Comienza la era de la electricidad en movimiento… o ELECTRODINÁMICA.

Continuará…

Los 200 años transcurridos entre 1600, cuando William Gilbert publicó su “De Magnete”, y 1800, año en que se descubre la pila de Volta (método para producir electricidad en forma continua) son de dominio exclusivo de la Electrostática.

Es a partir de 1800 cuando se impone la Electrodinámica. Las máquinas electrostáticas empiezan a perder importancia y a arrinconarse al igual que las botellas y baterías de Leyde. Para obtener electricidad ya no es imprescindible frotar discos de vidrio y cargar botellas, basta con cerrar un interruptor y un flujo constante de electricidad sale de las pilas, el cual se puede llevar a cualquier lugar sin más que ofrecerle un camino conductor.

De todas formas todavía aparecerá algún tipo de máquina basada en la fricción. Su importancia fue pequeña y el nombre de su constructor poco conocido en nuestros días, pues las máquinas a las que tenía que sustituir ya estaban obsoletas y, en consecuencia, ella misma desde el momento de su descubrimiento y construcción. Este es el caso de la conocida como máquina “hidroeléctrica” de Armstrong; ingenioso dispositivo que hacía frotar las partículas de agua en suspensión del vapor contra las paredes de tubos metálicos finos que a su vez se cargaban electrostáticamente debido al rozamiento.

Con el siglo XIX llegan una serie de descubrimientos tanto teóricos como experimentales que en mayor o menor grado contribuyen al empuje de la electricidad y en consecuencia, indirectamente, al avance de las máquinas eléctricas. Estos descubrimientos llegan de la mano de científicos como: Henry Cavendish (1731-1810), Charles-Augustin de Coulomb (1736-1806), Thomas Johann Seebeck (1770-1831) o Humphry Davy (1778-1829).

Al mismo tiempo se confirma definitivamente la relación directa entre magnetismo y electricidad o entre electricidad y magnetismo.

Hans Christian Oesterd (1777-1851), Heinrich Lenz (1804-1865), Joseph Henry (1797-1878), William Sturgeon (1783-1850) y otros comprueban esta relación y la utilizan moviendo una aguja imantada por el campo creado por el paso de una corriente o imantando un trozo de hierro por la acción de la corriente que circula por un conductor arrollado sobre él.

Es por lo tanto durante la primera mitad del siglo XIX cuando se sientan las bases del desarrollo de esas máquinas eléctricas que alcanzaron la mayoría de edad en la segunda mitad y su madurez en los primeros años del siglo XX.

Pero dentro de los grandes científicos que surgieron a lo largo de estos años hay tres que merecen un capítulo aparte. Se trata de Francois Arago (1786-1853), André-Marie Ampere (1775-1836) y Michael Faraday (1791-1867).

Otro tema que merece un capítulo aparte es la ingente cantidad de científicos españoles que aparecen en estas listas de hombres que hicieron que avanzase la Humanidad…

Para echarse a llorar y no parar.

Continuará…

Conocido y respetado por los norteamericanos como uno de los fundadores de los Estados Unidos, en Europa se le valoró más como científico sobre todo en el campo de la electricidad.

Su familia pertenecía a los primeros colonos que, procedentes de Inglaterra, y huyendo de la represión religiosa originada por la restauración de los Estuardo, se instalaron en las colonias del otro lado del Atlántico. De hecho su abuelo paterno, Peter Fulger, se encontraba entre los primeros emigrantes que desembarcaron en 1620 y participaron activamente diez años después en la fundación de Boston. Es en esta ciudad del estado de Massachusetts donde nacería Franklin el 17 de enero de 1706.

Su padre, Jonás, se casó muy joven con su primera esposa y se trasladó a Nueva Inglaterra en 1682. Algunos años más tarde volvió a casarse, ahora con Abiah Fulger. De los tres hijos del primer matrimonio y los catorce del segundo, Benjamín ocupaba el lugar decimoquinto.

A Benjamin Franklin puede considerársele un auténtico autodidacta ya que debido a las limitaciones económicas de su padre (que era un maestro de jabones y velas) y de las colonias (como consecuencia de las duras restricciones aplicadas por la metrópoli) su asistencia a la escuela no superó el año. A pesar de todo ello tenía buenos conocimientos de los autores clásicos, conocía diversos aspectos de ciencia y filosofía y en lo que respecta a los idiomas dominaba además del inglés, el español, italiano, alemán y francés junto al latín, lengua culta de la época.

El pragmatismo del padre, además de sus dificultades económicas, hicieron que abandonase la idea de darle estudios superiores para dedicarse a la religión. Después de una breve estancia en una escuela elemental de escritura y aritmética a la edad de 10 años empezó a trabajar en la industria de su padre para entrar a los 12 años como aprendiz de impresor en Boston, en la empresa de su hermano James.

Con apenas 17 años comienza a publicar artículos en el periódico “The New England Courant”, editado en la imprenta donde trabajaba, con el pseudónimo Mr. Silence Dogood. En él ya expone las ideas fundamentales de su vida: libertad de pensamiento y libertad de palabra.

Los problemas con su hermano le llevaron a abandonar la empresa, marchar a New York, y al no encontrar trabajo de impresor, seguir hasta Filadelfia, ciudad de gran importancia en la vida de Franklin.

Cuando cumple 42 años, en 1748 se retira gracias a la gran riqueza acumulada para dedicarse a sus dos grandes pasiones; la ciencia y la política.

La importancia de su aportación a la electricidad lo demuestra que después de algunos enfrentamientos con los miembros de la Royal Society estos lo hicieron miembro de la institución, votando incluso la dispensa del pago de la cuota habitual (25 guineas) necesaria para recibir los anales y memorias. Dado el enorme prestigio de la Royal Society en el terreno científico, este hecho supuso un reconocimiento a sus teorías y experimentos.

En el terreno político tomó partido por los “rebeldes” americanos frente a Inglaterra. Después de muchos problemas entre unos y otros, las trece colonias originales que constituyeron los trece primeros estados de la Unión se reunieron el 5 de septiembre de 1774 en Filadelfia formando el primer Congreso Continental. En él se acordó mandar un memorándum al monarca inglés por mediación de Benjamín Franklin (lo que demostraba su prestigio a uno y otro lado del Atlántico), pero el documento no obtuvo respuesta. Como consecuencia, también en Filadelfia, se convoca y reúne el segundo Congreso Continental el 10 de mayo de 1775. De sus conclusiones surge la Declaración de Independencia del 4 de julio de 1776.

El comité que redactó el transcendental documento, que fue revolucionario en su época por marcar las pautas de un nuevo orden político, estaba constituido por cinco miembros, entre ellos Benjamín Franklin y Thomas Jefferson.

La Declaración de Independencia supuso el inicio de la famosa “Guerra de Independencia” contra el Imperio Británico (que tuvo lugar entre 1775 y 1783, finalizando con la derrota británica en la batalla de Yorktown y la firma del Tratado de París) en la que se le encomendó a George Washington la organización del ejército del nuevo país por parte del Congreso y al mismo tiempo a Benjamín Franklin la tarea de la diplomacia de la Unión. De alguna manera el científico puso la semilla de lo que hoy en día es la poderosa Secretaría de Estado.

Benjamin Franklin murió en Filadelfia (Pensilvania) a los 84 años, el 17 de abril de 1790 , siendo seleccionado en el año 1900 como uno de los miembros de honor de la Galería de la Fama de los grandes pro-hombres norteamericanos.

Y es que hay prohombres y prohombres… aunque sean de Quintueles!

Continuará…