Historia de la Electricidad: Inventores y Hechos Clave
La historia de la electricidad comienza con William Gilbert (1544–1603), un médico y científico natural que sirvió a la reina Isabel I de Inglaterra.
Sumario:
- Primeros Inventores
- El frasco de Leyden
- Ben Franklin, Henry Cavendish y Luigi Galvani
- Trabajo con imanes
- El Impostor Oriental Suspendido
- Telegrafía
- La Base del Telégrafo Eléctrico
- Motor Magnético
- Coches Eléctricos
- Generadores Eléctricos
- Farolas
- Telégrafo de Thomas Edison
- Mejora del Telégrafo de Acciones, Lámparas y Dínamos
- Menlo Park
- Dínamo de Edison
Antes de Gilbert, todo lo que se sabía sobre electricidad y magnetismo era que una piedra imán (magnetita) poseía propiedades magnéticas y que frotar ámbar y azabache atraería fragmentos de diversos materiales para que se adhirieran.
En 1600, Gilbert publicó su tratado "De magnete, Magneticisique Corporibus" (Sobre el Imán). Impreso en latín académico, el libro explicaba años de investigación y experimentación de Gilbert sobre electricidad y magnetismo. Gilbert despertó un gran interés en la nueva ciencia. Fue Gilbert quien acuñó la expresión "electrica" en su famoso libro.
Primeros Inventores
Inspirados y educados por Gilbert, varios inventores europeos, incluyendo a Otto von Guericke (1602–1686) de Alemania, Charles Francois Du Fay (1698–1739) de Francia y Stephen Gray (1666–1736) de Inglaterra, ampliaron el conocimiento.
Otto von Guericke fue el primero en demostrar que un vacío podía existir. La creación de un vacío era esencial para toda investigación adicional sobre electrónica. En 1660, von Guericke inventó la máquina que producía electricidad estática; esta fue la primera generadora eléctrica.
En 1729, Stephen Gray descubrió el principio de la conducción de la electricidad y, en 1733, Charles Francois du Fay descubrió que la electricidad viene en dos formas a las que llamó resinoso (-) y vítreo (+), ahora conocidas como negativa y positiva.
El frasco de Leyden
El frasco de Leyden fue el precursor del condensador, un dispositivo que almacena y libera una carga eléctrica. (En ese momento, la electricidad se consideraba un misterioso fluido o fuerza).
El frasco de Leyden fue inventado en 1745 casi simultáneamente en Holanda por el académico Pieter van Musschenbroek (1692–1761) en 1745 y en Alemania por el clérigo y científico alemán Ewald Christian Von Kleist (1715–1759). Cuando Von Kleist tocó por primera vez su frasco de Leyden, recibió una poderosa descarga que lo derribó al suelo.
El frasco de Leyden fue nombrado así por la ciudad natal y la universidad de Musschenbroek, por el científico y clérigo francés Jean-Antoine Nollet (1700–1770). El frasco también fue llamado frasco Kleistiano en honor a Von Kleist, pero este nombre no perduró.
Ben Franklin, Henry Cavendish y Luigi Galvani
El importante descubrimiento del padre fundador de los Estados Unidos, Ben Franklin (1705–1790), fue que la electricidad y el rayo eran uno y lo mismo. La varilla pararrayos de Franklin fue la primera aplicación práctica de la electricidad. El filósofo natural Henry Cavendish de Inglaterra, Coulomb de Francia y Luigi Galvani de Italia hicieron contribuciones científicas para encontrar usos prácticos para la electricidad.
En 1747, el filósofo británico Henry Cavendish (1731–1810) comenzó a medir la conductividad (la capacidad para llevar una corriente eléctrica) de diferentes materiales y publicó sus resultados.
El ingeniero militar francés Charles-Augustin de Coulomb (1736–1806) descubrió en 1779 lo que más tarde se llamaría "Ley de Coulomb", que describía la fuerza electrostática de atracción y repulsión. Y en 1786, el médico italiano Luigi Galvani (1737–1798) demostró lo que ahora entendemos como la base eléctrica de los impulsos nerviosos. Galvani hizo famosamente que los músculos de las ranas se contrajeran al estimularlos con una chispa de una máquina electrostática.
Después del trabajo de Cavendish y Galvani, llegó un grupo de importantes científicos e inventores, incluyendo a Alessandro Volta (1745–1827) de Italia, el físico danés Hans Christian Ørsted (1777–1851), el físico francés André-Marie Ampère (1775–1836), Georg Ohm (1789–1854) de Alemania, Michael Faraday (1791–1867) de Inglaterra y Joseph Henry (1797–1878) de los Estados Unidos.
Trabajo con imanes
Joseph Henry fue un investigador en el campo de la electricidad cuyo trabajo inspiró a muchos inventores. El primer descubrimiento de Henry fue que el poder de un imán podía aumentar enormemente enrollándolo con alambre aislado. Fue la primera persona en hacer un imán que podía levantar 1.580 kilogramos de peso.
Henry mostró la diferencia entre imanes "de cantidad" compuestos por cortas longitudes de alambre conectadas en paralelo y excitadas por algunas celdas grandes, y imanes de "intensidad" enrollados con un solo cable largo y excitados por una batería compuesta por celdas en serie. Este fue un descubrimiento original que aumentó enormemente tanto la utilidad inmediata del imán como sus posibilidades para futuros experimentos.
El Impostor Oriental Suspendido
Michael Faraday, William Sturgeon (1783–1850) y otros inventores reconocieron rápidamente el valor de los descubrimientos de Henry. Sturgeon dijo generosamente:
"El profesor Joseph Henry ha logrado producir una fuerza magnética que eclipsa totalmente cualquier otra en toda la historia del magnetismo, y no se encuentra ningún paralelo desde la milagrosa suspensión del célebre impostor oriental en su ataúd de hierro".
Esa frase comúnmente utilizada hace referencia a una historia oscura que circulaba entre estos científicos europeos sobre Muhammad (571–632 d.C.), el fundador del islam. Esa historia en realidad no se refería a Muhammad en absoluto, sino más bien a un relato de Plinio el Viejo (23–70 d.C.) sobre un ataúd en Alejandría, Egipto.
Según Plinio, el Templo de Serapis en Alejandría había sido construido con poderosas piedras imanes, tan poderosas que se decía que el ataúd de hierro de la hermana menor de Cleopatra, Arsinoe IV (68–41 a.C.), se suspendía en el aire.
Joseph Henry también descubrió los fenómenos de autoinducción e inducción mutua. En su experimento, una corriente enviada a través de un alambre en el segundo piso del edificio indujo corrientes a través de un alambre similar en el sótano, dos pisos más abajo.
Telegrafía
El telégrafo fue una invención temprana que comunicaba mensajes a distancia a través de un alambre utilizando electricidad, que luego fue reemplazado por el teléfono. La palabra "telegrafía" proviene de las palabras griegas "tele", que significa lejos, y "grapho", que significa escribir.
Los primeros intentos de enviar señales por electricidad (telégrafo) se habían hecho muchas veces antes de que Henry se interesara en el problema. La invención del electromagnetismo por William Sturgeon alentó a los investigadores en Inglaterra a experimentar con el electromagnetismo. Los experimentos fracasaron y solo produjeron una corriente que se debilitaba después de unos cientos de metros.
La Base del Telégrafo Eléctrico
Sin embargo, Henry tendió una milla de alambre fino, colocó una batería de "intensidad" en un extremo y hizo que el armazón golpeara una campana en el otro extremo. En este experimento, Joseph Henry descubrió la mecánica esencial detrás del telégrafo eléctrico.
Telégrafo Eléctrico
Este descubrimiento se realizó en 1831, un año completo antes de que Samuel Morse (1791–1872) inventara el telégrafo. No hay controversia sobre quién inventó la primera máquina de telégrafo. Eso fue un logro de Morse, pero el descubrimiento que motivó y permitió a Morse inventar el telégrafo fue un logro de Joseph Henry.
En palabras de Henry:
"Este fue el primer descubrimiento del hecho de que una corriente galvánica podía ser transmitida a una gran distancia con tan poca disminución de la fuerza como para producir efectos mecánicos, y de los medios por los cuales se podía lograr la transmisión. Vi que el telégrafo eléctrico era ahora factible. No tenía en mente una forma particular de telégrafo, sino que me refería solo al hecho general de que ahora se demostraba que una corriente galvánica podía ser transmitida a grandes distancias, con suficiente potencia para producir efectos mecánicos adecuados al objeto deseado".
Motor Magnético
Luego, Henry se dedicó a diseñar un motor magnético y logró crear un motor de barra oscilante, en el que instaló el primer cambiador de polos automático, o conmutador, jamás utilizado con una batería eléctrica. No logró producir movimiento rotativo directo. Su barra oscilaba como el balancín de una embarcación de vapor.
Coches Eléctricos
Thomas Davenport (1802–1851), un herrero de Brandon, Vermont, construyó un automóvil eléctrico apto para circular en 1835. Doce años después, el ingeniero eléctrico estadounidense Moses Farmer (1820–1893) exhibió una locomotora impulsada por electricidad. En 1851, el inventor de Massachusetts Charles Grafton Page (1712–1868) condujo un automóvil eléctrico en las vías del Ferrocarril de Baltimore y Ohio, desde Washington hasta Bladensburg, a una velocidad de 35 kilómetros por hora.
Sin embargo, el costo de las baterías era demasiado alto en ese momento y el uso del motor eléctrico en el transporte aún no era práctico.
Generadores Eléctricos
El principio detrás del dinamo o generador eléctrico fue descubierto por Michael Faraday y Joseph Henry, pero el proceso de desarrollo de un generador de energía práctico consumió muchos años. Sin un dinamo para la generación de energía, el desarrollo del motor eléctrico se estancó, y la electricidad no podía ser ampliamente utilizada para el transporte, la fabricación o la iluminación como lo es hoy.
Farolas
La luz de arco como dispositivo de iluminación práctico fue inventada en 1878 por el ingeniero de Ohio Charles Brush (1849–1929). Otros habían abordado el problema de la iluminación eléctrica, pero la falta de carbones adecuados obstaculizó su éxito.
Brush hizo que varias lámparas se iluminaran en serie desde un dinamo. Las primeras luces de Brush se utilizaron para la iluminación de calles en Cleveland, Ohio.
Otros inventores mejoraron la luz de arco, pero tenía desventajas. Para la iluminación al aire libre y para grandes salas, las luces de arco funcionaban bien, pero no se podían usar en habitaciones pequeñas.
Además, estaban en serie, es decir, la corriente pasaba por cada lámpara por turno, y un accidente en una de ellas desactivaba toda la serie. El problema de la iluminación en interiores se resolvería con la invención de uno de los inventores más famosos de Estados Unidos: Thomas Alva Edison (1847–1931).
Telégrafo de Thomas Edison
La primera de las numerosas invenciones de Edison relacionadas con la electricidad fue un registrador de votos automático, por el cual recibió una patente en 1868, pero no pudo despertar interés en el dispositivo. Luego inventó un telégrafo de cotizaciones de acciones y comenzó un servicio de telégrafo en Boston con 30 o 40 suscriptores y operado desde una habitación sobre la Bolsa de Oro.
Louis Bachrach, Public domain, via Wikimedia Commons (Thomas Alva Edison)
Edison intentó vender este dispositivo en Nueva York, pero regresó a Boston sin haber tenido éxito. Luego inventó un telégrafo dúplex mediante el cual se podían enviar dos mensajes simultáneamente, pero en una prueba, la máquina falló debido a la torpeza del asistente.
En 1869, Edison estaba presente cuando el telégrafo falló en la Gold Indicator Company, una empresa que proporcionaba precios del oro de la Bolsa de Valores a sus suscriptores.
Eso llevó a su nombramiento como superintendente, pero cuando un cambio en la propiedad de la compañía lo dejó sin trabajo, formó, junto con Franklin L. Pope, la sociedad Pope, Edison y Company, la primera empresa de ingenieros eléctricos en los Estados Unidos.
Mejora del Telégrafo de Acciones, Lámparas y Dínamos
Poco después, Thomas Edison lanzó la invención que lo puso en el camino hacia el éxito. Este fue el mejorado telégrafo de cotizaciones de acciones, y la Gold and Stock Telegraph Company le pagó $40,000 por él. Inmediatamente, Thomas Edison estableció una tienda en Newark.
Mejoró el sistema de telegrafía automática que se utilizaba en ese momento e introdujo el sistema en Inglaterra. Experimentó con cables submarinos y desarrolló un sistema de telegrafía cuádruple mediante el cual un alambre hacía el trabajo de cuatro.
Estas dos invenciones fueron compradas por Jay Gould, propietario de la Atlantic and Pacific Telegraph Company. Gould pagó $30,000 por el sistema cuádruple pero se negó a pagar por el telégrafo automático. Gould había comprado Western Union, su única competencia. "Cuando Gould obtuvo Western Union", dijo Edison, "sabía que no era posible ningún progreso adicional en la telegrafía, y me dediqué a otras líneas".
Menlo Park
Edison reanudó su trabajo para la Western Union Telegraph Company, donde inventó un transmisor de carbono y lo vendió a la Western Union por $100,000. Con base en eso, Edison estableció laboratorios y fábricas en Menlo Park, Nueva Jersey, en 1876, y fue allí donde inventó el fonógrafo, patentado en 1878, y comenzó una serie de experimentos que produjeron su lámpara incandescente.
Thomas Edison estaba dedicado a producir una lámpara eléctrica para uso en interiores. Su primera investigación fue para encontrar un filamento duradero que pudiera arder en el vacío. Una serie de experimentos con un hilo de platino y varios metales refractarios tuvo resultados insatisfactorios, al igual que muchas otras sustancias, incluido el cabello humano. Edison concluyó que el carbono de algún tipo era la solución en lugar de un metal, una conclusión similar a la que llegó el inventor inglés Joseph Swan (1828–1914) en 1850.
En octubre de 1879, después de catorce meses de trabajo duro y el gasto de $40,000, se probó un hilo de algodón carbonizado sellado en una de las bombillas de Edison y duró cuarenta horas. "Si arde durante cuarenta horas ahora", dijo Edison, "sé que puedo hacer que arda cien". Y así lo hizo. Se necesitaba un filamento mejor. Edison lo encontró en tiras de bambú carbonizado.
Dínamo de Edison
Edison también desarrolló su propio tipo de dínamo, el más grande jamás fabricado hasta ese momento. Junto con las lámparas incandescentes de Edison, fue una de las maravillas de la Exposición Eléctrica de París de 1881.
La instalación en Europa y América de plantas de servicio eléctrico siguió rápidamente. La primera gran central eléctrica de Edison, que suministraba energía para tres mil lámparas, se erigió en Holborn Viaduct, Londres, en 1882, y en septiembre de ese año, la Estación Pearl Street en la ciudad de Nueva York, la primera central eléctrica en América, comenzó a operar.
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