La electricidad

¿QUIÉN LA INVENTÓ?

Tales de Mileto, Theophrastus, William Gilbert, Otto von Guericke, ...

¿PARA QUE SIRVE?

La electricidad es un fenómeno físico originado por cargas eléctricas estáticas o en movimiento y por su interacción. Cuando una carga se encuentra en reposo produce fuerzas sobre otras situadas en su entorno. Si la carga se desplaza produce también fuerzas magnéticas. Hay dos tipos de cargas eléctricas, llamadas positivas y negativas. Las cargas de igual nombre se repelen y las de distinto nombre se atraen.

La electricidad está presente en algunas partículas subatómicas. La partícula más ligera que lleva carga eléctrica es el electrón, que transporta una unidad de carga. Los átomos en circunstancias normales contienen electrones, y a menudo los que están mas alejados del núcleo se desprenden con mucha facilidad. En algunas sustancias, como los metales, proliferan los electrones libres. De esta manera un cuerpo queda cargado eléctricamente gracias a la reordenación de los electrones. Un átomo normal tiene cantidades iguales de carga eléctrica positiva y negativa, por lo tanto es eléctricamente neutro. La cantidad de carga eléctrica transportada por todos los electrones del átomo, que por convención son negativas, esta equilibrada por la carga positiva localizada en el núcleo. Si un cuerpo contiene un exceso de electrones quedará cargado negativamente. Por lo contrario, con la ausencia de electrones un cuerpo queda cargado positivamente, debido a que hay más cargas eléctricas positivas en el núcleo.

EL DESCUBRIMIENTO

Los efectos eléctricos empezaron a ser conocidos ya en la Antigüedad. Tales de Mileto fue el primero, que cerca del 600 AC, conociera el hecho de que el ámbar, al ser frotado adquiere el poder de atracción sobre algunos objetos. Sin embargo fue el filósofo griego Theophrastus el primero, que en un tratado escrito tres siglos después, estableció que otras sustancias tienen este mismo poder, dejando así constancia del primer estudio científico sobre la electricidad.

Posteriormente, los romanos ensayaron los primeros métodos de electroterapia de la historia, sumergiendo a los paralíticos en lagunas con abundancia de peces eléctricos, a fin de que los inválidos recibieran sus descargas, las que consideraban benéficas. Más tarde se comprobó que otros cuerpos, como la piedra imán, el vidrio, la resina, el diamante y el cuarzo, tenían fuerza de atracción semejante a la del ámbar. Pero tuvieron que transcurrir muchos siglos para que se buscara una explicación racional de aquellos fenómenos. La única interpretación que se dio al respecto en la Antigüedad correspondió a Tales de Mileto, que, a su modo, ofreció una verdadera hipótesis científica, al afirmar: "estas substancias encierran ron "alma", están vivas, puesto que pueden atraer hacia si materias inanimadas, como mediante una aspiración del soplo".

Pero ni la civilización griega ni la romana, ni luego el mundo de la Edad Media contribuyeron de manera importante a la comprensión de la electricidad y del magnetismo, a pesar de que sus poderes de atracción continuaron interesando esporádicamente a los eruditos y divirtiendo o atemorizando a los ignorantes. El estudio científico de la electricidad se inició recién en el siglo XVII, cuando varios investigadores dieron importantes pasos, que conducirían más tarde al dominio de aquella desconocida fuerza. En 1600, la Reina Elizabeth I ordenó al Físico Real William Gilbert estudiar los imanes para mejorar la exactitud de las Brújulas usadas en la navegación, siendo éste trabajo la base principal para la definición de los fundamentos de la Electrostática y Magnetismo. Gilbert fue el primero en aplicar el término Electricidad del Griego "elektron" = ámbar. Gilbert es la unidad de medida de la fuerza magnetomotriz.

El Físico alemán Otto von Guericke desarrolló en 1672 la primera máquina electrostática para producir cargas eléctricas, una máquina que consiste de una esfera de azufre torneada, con una manija a través de la cual, la carga es inducida al posar la mano sobre la esfera. En 1733, el francés Francois de Cisternay Du Fay fue el primero en identificar la existencia de dos cargas eléctricas, las cuales denominó electricidad vitria y resinosa: positiva y negativa.

Benjamín Franklin demostró en el año 1752 la naturaleza eléctrica de los rayos. Desarrolló la teoría de que la electricidad es un fluido que existe en la materia y su flujo se debe al exceso o defecto del mismo en ella. Inventó el pararrayos. En 1766, el Químico Joseph Priestley probó que la carga eléctrica se distribuye uniformemente en la superficie de una esfera hueca, y que en el interior de la misma, no hay un campo eléctrico, ni una fuerza eléctrica. Priestley descubrió el oxígeno.

10 años después, en 1776, Charles Agustín de Coulomb inventó la balanza de torsión con la cual, midió con exactitud la fuerza entre las cargas eléctricas y corroboró que dicha fuerza era proporcional al producto de las cargas individuales e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Coulomb es la unidad de medida de Carga eléctrica. En 1800, Alejandro Volta construyó la primera celda Electrostática y la batería capaz de producir corriente eléctrica. Su inspiración le vino del estudio realizado por el Físico Italiano Luigi Galvani sobre las corrientes nerviosas-eléctricas en las ancas de ranas. Galvani propuso la teoría de la Electricidad Animal, lo cual contrarió a Volta, quien creía que las contracciones musculares eran el resultado del contacto de los dos metales con el músculo. Sus investigaciones posteriores le permitieron elaborar una celda química capaz de producir corriente continúa, fue así como desarrolló la pila. Volt es la unidad de medida del potencial eléctrico, la tensión.

Entre 1806 y 1808, Sir Humphry Davy publicó el resultado de sus investigaciones sobre la electrólisis, donde logra la separación del Magnesio, Bario, Estroncio, Calcio, Sodio, Potasio y Boro y en 1807 fabricó una pila con más de 2000 placas doble, con la cual descubrió el Cloro y demostró que es un elemento, en vez de un acido. En 1815 inventó la lámpara de seguridad para los mineros. Sin ningún lugar a duda, el descubrimiento más importante lo realizó ese mismo año, cuando descubrió al joven Michael Faraday y lo toma como asistente.

En 1819 el Científico danés Hans Christian Oersted descubrió el electromagnetismo, cuando en un experimento para sus estudiantes, la aguja de la brújula colocada accidentalmente cerca de un cable energizado por una pila voltaica, se movió. Este descubrimiento fue crucial en el desarrollo de la Electricidad, ya que puso en evidencia la relación existente entre la electricidad y el magnetismo. Oersted es la unidad de medida de la Reluctancia Magnética.

En 1823, el inglés William Sturgeon construyó el primer electroimán y Andre-Marie Ampere estableció los principios de la electrodinámica, cuando llegó a la conclusión de que la Fuerza Electromotriz es producto de dos efectos: la tensión eléctrica y la corriente eléctrica. Experimentó con conductores, determinando que estos se atraen si las corrientes fluyen en la misma dirección, y se repelen cuando fluyen en contra. Ampere producía un excelente resultado matemático de los fenómenos estudiados por Oersted. Ampere es la unidad de medida de la corriente eléctrica. El Físico alemán Georg Simon Ohm fue quien formuló en 1826 con exactitud la ley de las corrientes eléctricas, definiendo la relación exacta entre la tensión y la corriente. Desde entonces, esta ley se conoce como la ley de Ohm. Ohm es la unidad de medida de la Resistencia Eléctrica.

Pocos años después, en 1831, Michael Faraday a los 14 años trabajaba como encuadernador, lo cual le permitió tener el tiempo necesario para leer y desarrollar su interés por la Física y Química. A pesar de su baja preparación formal, dio un paso fundamental en el desarrollo de la electricidad al establecer que el magnetismo produce electricidad a través del movimiento. Faradio es la unidad de medida de la Capacitancia Eléctrica.

ÉPOCA HISTÓRICA

Hasta hace muy pocos siglos, la electricidad era algo absolutamente inconcebible. No era sólo que estuviera por descubrirse el ilimitado campo de su aplicación práctica, sino que simplemente el ser humano no podía imaginarse que una cosa que no era ni líquida, ni sólida, ni gaseosa, que no ocupaba ningún lugar en el espacio y que no se podía ver ni tocar, pudiera constituir, sin embargo, un elemento normal de la naturaleza.

Habían sido observadas sus manifestaciones naturales, como la fuerza del rayo y las descargas producidas por ciertos peces. A lo sumo se había constatado la casi imperceptible atracción que ejerce el ámbar sobre trozos de tela o papel. Y nada más. Se ignoraba que todos aquellos fenómenos eran distintas manifestaciones de un solo poderoso agente, la electricidad, que debidamente aprovechado estaba destinado a cambiar la faz del mundo.

Sólo dos años después del descubrimiento de la inducción, efectuado independiente y simultáneamente por Henry y Faraday, Hermann de Jacobi construyó un gran motor eléctrico. Contratado por Nicolás I de Rusia, Jacobi utilizó su motor para impulsar una chalupa del zar provista de una rueda de paletas, que consiguió transportar silenciosamente doce pasajeros a una velocidad de siete kilómetros por hora. Posteriormente diversos científicos, como el escocés Robert Davison, el norteamericano Thomas Davenport y el francés Froment, construyeron sus propios modelos de motores. Pero, sin embargo, todas estas audaces empresas estuvieron condenadas al fracaso o a prestar una utilidad muy limitada, hasta que no vino la dínamo o generador a reemplazar la pesada pila voltaica. La dínamo hizo su aparición en 1863, año en que el joven científico italiano Antonio Pacinotti construyó un modelo de generador perfeccionado. Algunos años más tarde, Henry Wilde, Cromwell y Samuel Valery, Siemens y Wheatstone crearon casi simultáneamente modelos activos del generador autoexcitado, que fue el primero en revelarse como satisfactorio para usos prácticos. La palabra "dínamo" fue introducida por Siemens, en una exposición ante la Academia de Berlín.

REPERCUSIÓN EN LA SOCIEDAD

La importancia de la electricidad radica en que es una de las principales formas de energía usadas en el mundo actual. Sin ella la iluminación, comunicación, teléfono, radio, no existiría y las personas tendrían que prescindir de aparatos eléctricos que ya forman parte integrante del hogar. Además sin la electricidad el campo del transporte no sería lo que es en la actualidad. De hecho puede decirse que la electricidad se usa en todas partes. La energía eléctrica es la forma de energía más utilizada. Gracias a la flexibilidad en la generación y transporte se ha convertido para la industria en la forma más extendida de consumo de energía. El transporte por líneas de alta tensión es muy ventajoso y el motor eléctrico tiene un rendimiento superior a las máquinas térmicas. Los inconvenientes de esta forma de energía son la imposibilidad de almacenamiento en grandes cantidades y que las líneas de transmisión son muy costosas.

La producción mundial en los últimos 40 años aumentó más del 1300 %: de 1 billón de Kwh a 13 billones. El índice de producción refleja principalmente la importancia de las necesidades de las grandes potencias industriales. Los Estados Unidos ocupa el primer puesto, con más del 26 %, le siguen China con 8,5 %, Japón con 7,40 % y Rusia con 5,80 %. La electricidad de estos grandes productores es esencialmente de origen térmico: Estados Unidos con 70 %, China con el 80 %, Japón con el 59 % y Rusia con el 66%.

La electricidad de origen térmico representa un 63% de la producción mundial, le sigue la hidráulica con el 19%, la nuclear con el 17% y se produce solamente con un 1% con fuentes de energía eólica, solar y geotérmica.

EVOLUCIÓN

En 1835 Samuel F. B. Morse, mientras regresaba de uno de sus viajes, concibió la idea de un simple circuito electromagnético para transmitir información, el Telégrafo y construyó el primer telégrafo el mismo año. En 1837 se asoció con Henry y Vail con el fin de obtener financiamiento del Congreso de USA para su desarrollo, fracasó el intento, prosiguió solo, obteniendo el éxito en 1843, cuando el congreso le aprobó el desarrollo de una línea de 41 millas desde Baltimore hasta el Capitolio en Washington D. C. la cual construyó en 1844. Entre 1840 y 1842, James Prescott Joule, un Físico inglés, quien descubrió la equivalencia entre trabajo mecánico y la caloría, y el Científico alemán Hermann Ludwig Ferdinand Helmholtz, quien definió la primera ley de la termodinámica demostraron que los circuitos eléctricos cumplían con la ley de la conservación de la energía y que la Electricidad era una forma de Energía. Adicionalmente, Joule inventó la soldadura eléctrica de arco y demostró que el calor generado por la corriente eléctrica era proporcional al cuadrado de la corriente. Joule es la unidad de medida de Energía. En 1845 el físico alemán Gustav Robert Kirchhoff a los 21 años de edad, anunció las leyes que permiten calcular las corrientes, y tensiones en redes eléctricas. Hoy en día son conocidas como Leyes de Kirchhoff I y II. Estableció las técnicas para el análisis espectral, con la cual determinó la composición del sol.

Unos treinta años después, en 1873, el Físico británico James Maxwell publicó su obra Tratado sobre electricidad y magnetismo, en donde, por primera vez, reúne en cuatro ecuaciones la descripción de la naturaleza de los campos. Heinrich Hertz extendió esta teoría y demostró que la electricidad puede transmitirse en forma de ondas electromagnéticas, como la luz. Estas investigaciones posibilitaron la invención del telégrafo sin cables y la radio.

Nikola Tesla experimentó con alto voltaje y corriente alterna polifásica de esa manera inventó el alternador y el primer motor de inducción en 1882. Por medio de los trabajos de Johann Wilhelm Hittorf, Williams Crookes inventó en 1872 el tubo de rayos catódicos. Utilizando un tubo de Crookes el físico alemán Wilhelm Röntgen descubrió los rayos X. Joseph John Thomson investigando el flujo de rayos catódicos, descubrió el electrón. En 1878, Thomas Alva Edison construyó la primera lámpara incandescente con filamentos de carbono. En 1901 Peter Hewitt inventó la lámpara de vapor de mercurio. En 1906 el físico estadounidense Robert Andrews Millikan, mediante su experimento de "la gota de aceite", determinó la carga del electrón.

Día a día fueron apareciendo nuevos usos. El hombre había logrado dominar aquella extraña fuerza de la naturaleza y empezaba a sacarle por fin partido, lo que se traduciría en un extraordinario progreso, en el más multifacético orden de cosas que pueda imaginarse: alumbrado, transporte, comunicaciones, electroterapia, electrónica, aeronáutica..., y una gama casi infinita de aplicaciones, que constituyeron la culminación de una maravillosa historia, que se inició cuando a un desconocido que la historia no registró, se le ocurrió frotar un trocito de ámbar amarillo.


Hoy en día hay diferentes "tipos" de energía:

- Central hidroeléctrica: utiliza la energía obtenida en los saltos de agua (energía hidráulica).
- Central termoeléctrica: utiliza la energía obtenida de los combustibles fósiles. (carbón, fuel etc.)
- Central nuclear: utiliza la energía obtenida mediante el calor producido por materiales
radioactivos.
- Centrales de recursos renovables: utiliza energía de recursos renovables como energía solar, eólica, mareomotriz y geotérmica.