Henry cavendish

Henry Cavendish FRS (KAV-ən-dish; 10 de octubre de 1731 - 24 de febrero de 1810) fue un filósofo y científico natural inglés que fue un importante químico y físico experimental y teórico. Se destaca por su descubrimiento del hidrógeno, al que denominó "aire inflamable". Describió la densidad del aire inflamable, que formaba agua en la combustión, en un artículo de 1766, On Factitious Airs. Antoine Lavoisier luego reprodujo el experimento de Cavendish y le dio su nombre al elemento.

Un hombre tímido, Cavendish se distinguió por su gran exactitud y precisión en sus investigaciones sobre la composición del aire atmosférico, las propiedades de diferentes gases, la síntesis del agua, la ley que gobierna la atracción y repulsión eléctrica, una teoría mecánica del calor, y cálculos de la densidad (y por lo tanto la masa) de la Tierra. Su experimento para medir la densidad de la Tierra (que, a su vez, permite calcular la constante gravitacional) se conoce como el experimento de Cavendish.

Primeros años

Henry Cavendish nació el 10 de octubre de 1731 en Niza, donde vivía su familia en ese momento. Su madre era Lady Anne de Grey, cuarta hija de Henry Grey, primer duque de Kent, y su padre era Lord Charles Cavendish, el tercer hijo de William Cavendish, segundo duque de Devonshire. La familia trazó su linaje a lo largo de ocho siglos hasta la época normanda y estaba estrechamente relacionada con muchas familias aristocráticas de Gran Bretaña. La madre de Henry murió en 1733, tres meses después del nacimiento de su segundo hijo, Frederick, y poco antes del segundo cumpleaños de Henry, dejando a Lord Charles Cavendish a cargo de sus dos hijos. Henry Cavendish fue diseñado como "El Honorable Henry Cavendish".

Desde los 11 años, Henry asistió a Newcome's School, una escuela privada cerca de Londres. A la edad de 18 años (el 24 de noviembre de 1748) ingresó en la Universidad de Cambridge en St Peter's College, ahora conocida como Peterhouse, pero la abandonó tres años después, el 23 de febrero de 1751, sin obtener un título (en ese momento, un práctica común). Luego vivió con su padre en Londres, donde pronto tuvo su propio laboratorio.

Lord Charles Cavendish pasó su vida primero en la política y luego cada vez más en la ciencia, especialmente en la Royal Society de Londres. En 1758, llevó a Henry a reuniones de la Royal Society y también a cenas del Royal Society Club. En 1760, Henry Cavendish fue elegido para ambos grupos, y desde entonces fue asiduo en su asistencia. Prácticamente no participó en política, pero siguió a su padre en la ciencia, a través de sus investigaciones y su participación en organizaciones científicas. Participó activamente en el Consejo de la Royal Society de Londres (para el que fue elegido en 1765).

Su interés y experiencia en el uso de instrumentos científicos lo llevaron a encabezar un comité para revisar los instrumentos meteorológicos de la Royal Society y ayudar a evaluar los instrumentos del Observatorio Real de Greenwich. Su primer artículo, Factitious Airs, apareció en 1766. Otros comités en los que participó incluyeron el comité de artículos, que eligió los artículos para su publicación en Philosophical Transactions of the Royal Society, y los comités para el tránsito de Venus (1769), para la atracción gravitacional de las montañas (1774), y para las instrucciones científicas para la expedición de Constantine Phipps (1773) en busca del Polo Norte y el Paso del Noroeste. En 1773, Henry se unió a su padre como fideicomisario electo del Museo Británico, al que dedicó mucho tiempo y esfuerzo. Poco después de que se estableciera la Real Institución de Gran Bretaña, Cavendish se convirtió en gerente (1800) y se interesó activamente, especialmente en el laboratorio, donde observó y ayudó en los experimentos químicos de Humphry Davy.

Investigación química

El aparato de Cavendish para fabricar y recolectar hidrógeno

Alrededor de la época de la muerte de su padre, Cavendish comenzó a trabajar en estrecha colaboración con Charles Blagden, una asociación que ayudó a Blagden a ingresar de lleno en la sociedad científica de Londres. A cambio, Blagden ayudó a mantener el mundo alejado de Cavendish. Cavendish no publicó libros y sí algunos artículos, pero logró mucho. Varias áreas de investigación, incluidas la mecánica, la óptica y el magnetismo, aparecen ampliamente en sus manuscritos, pero apenas aparecen en su trabajo publicado. Cavendish es considerado uno de los llamados químicos neumáticos de los siglos XVIII y XIX, junto con, por ejemplo, Joseph Priestley, Joseph Black y Daniel Rutherford. Cavendish descubrió que la acción de ciertos ácidos sobre ciertos metales producía un gas definido, peculiar y altamente inflamable, al que se refirió como "aire inflamable". Este gas era hidrógeno, que Cavendish supuso correctamente que estaba en una proporción de dos a uno en el agua.

Aunque otros, como Robert Boyle, habían preparado gas hidrógeno antes, a Cavendish generalmente se le atribuye el reconocimiento de su naturaleza elemental. En 1777, Cavendish descubrió que el aire exhalado por los mamíferos se convierte en "aire fijo" (dióxido de carbono), no "aire flogistizado" como predijo Joseph Priestley. Además, al disolver álcalis en ácidos, Cavendish producía dióxido de carbono, que recogía, junto con otros gases, en botellas invertidas sobre agua o mercurio. Luego midió su solubilidad en agua y su gravedad específica, y anotó su combustibilidad. Concluyó en su artículo de 1778 "Consideraciones generales sobre los ácidos" que el aire respirable constituye acidez. Cavendish recibió la Medalla Copley de la Royal Society por este artículo. La química de los gases tuvo una importancia creciente en la segunda mitad del siglo XVIII y se volvió crucial para la reforma de la química del francés Antoine-Laurent Lavoisier, generalmente conocida como la revolución química.

En 1783, Cavendish publicó un artículo sobre eudiometria (la medida de la bondad de los gases para respirar). Describió un nuevo eudiómetro de su invención, con el que logró los mejores resultados hasta la fecha, utilizando lo que en otras manos había sido el método inexacto de medir gases pesándolos. Luego, después de una repetición de un experimento de 1781 realizado por Priestley, Cavendish publicó un artículo sobre la producción de agua pura quemando hidrógeno en "aire desflogistizado" (aire en proceso de combustión, ahora conocido como oxígeno). Cavendish concluyó que, en lugar de sintetizarse, la quema de hidrógeno hizo que el agua se condensara del aire. Algunos físicos interpretaron el hidrógeno como flogisto puro. Cavendish informó de sus hallazgos a Priestley a más tardar en marzo de 1783, pero no los publicó hasta el año siguiente. El inventor escocés James Watt publicó un artículo sobre la composición del agua en 1783; Se produjo una controversia sobre quién hizo el descubrimiento por primera vez.

En 1785, Cavendish investigó la composición del aire común (es decir, atmosférico) y obtuvo resultados impresionantemente precisos. Realizó experimentos en los que el hidrógeno y el aire ordinario se combinaron en proporciones conocidas y luego explotaron con una chispa de electricidad. Además, también describió un experimento en el que pudo eliminar, en la terminología moderna, los gases de oxígeno y nitrógeno de una muestra de aire atmosférico hasta que solo quedó una pequeña burbuja de gas sin reaccionar en la muestra original. Utilizando sus observaciones, Cavendish observó que, cuando había determinado las cantidades de aire flogistizado (nitrógeno) y aire desflogistizado (oxígeno), quedaba un volumen de gas equivalente a 1/120 del volumen original de nitrógeno. Mediante cuidadosas mediciones, llegó a la conclusión de que "el aire común consta de una parte de aire desflogistizado [oxígeno], mezclada con cuatro de [nitrógeno] flogistizado".

En la década de 1890 (alrededor de 100 años después), dos físicos británicos, William Ramsay y Lord Rayleigh, se dieron cuenta de que su gas inerte recién descubierto, el argón, era el responsable del residuo problemático de Cavendish; no había cometido un error. Lo que había hecho era realizar rigurosos experimentos cuantitativos, utilizando instrumentos y métodos estandarizados, con el objetivo de obtener resultados reproducibles; tomado la media del resultado de varios experimentos; e identificó y permitió las fuentes de error. La balanza que usó, hecha por un artesano llamado Harrison, fue la primera de las balanzas de precisión del siglo XVIII, y tan exacta como la de Lavoisier (que se ha estimado que mide una parte en 400.000). Cavendish trabajó con sus fabricantes de instrumentos, generalmente mejorando los instrumentos existentes en lugar de inventar otros completamente nuevos.

Cavendish, como se indicó anteriormente, usó el lenguaje de la antigua teoría del flogisto en química. En 1787, se convirtió en uno de los primeros fuera de Francia en convertirse a la nueva teoría antiflogística de Lavoisier, aunque permaneció escéptico sobre la nomenclatura de la nueva teoría. También se opuso a la identificación del calor por parte de Lavoisier como si tuviera una base material o elemental. Trabajando dentro del marco del mecanismo newtoniano, Cavendish había abordado el problema de la naturaleza del calor en la década de 1760, explicando el calor como resultado del movimiento de la materia.

En 1783, publicó un artículo sobre la temperatura a la que se congela el mercurio y en ese artículo hizo uso de la idea de calor latente, aunque no utilizó el término porque creía que implicaba la aceptación de una teoría material del calor.. Hizo explícitas sus objeciones en su artículo de 1784 sobre el aire. Continuó desarrollando una teoría general del calor, y el manuscrito de esa teoría se ha fechado convincentemente a fines de la década de 1780. Su teoría era a la vez matemática y mecánica: contenía el principio de la conservación del calor (más tarde entendido como un caso de conservación de la energía) e incluso incluía el concepto (aunque no la etiqueta) del equivalente mecánico del calor.

Densidad de la Tierra

Tras la muerte de su padre, Henry compró otra casa en la ciudad y también una casa en Clapham Common (construida por Thomas Cubitt), en ese momento al sur de Londres. La casa de Londres contenía la mayor parte de su biblioteca, mientras que él mantuvo la mayoría de sus instrumentos en Clapham Common, donde llevó a cabo la mayoría de sus experimentos. El más famoso de esos experimentos, publicado en 1798, fue para determinar la densidad de la Tierra y se conoció como el experimento de Cavendish. El aparato que Cavendish usó para pesar la Tierra fue una modificación de la balanza de torsión construida por el inglés y geólogo John Michell, quien murió antes de que pudiera comenzar el experimento. El aparato se envió en cajas a Cavendish, quien completó el experimento en 1797-1798 y publicó los resultados.

El aparato experimental consistía en una balanza de torsión con un par de esferas de plomo de 2 pulgadas y 1,61 libras suspendidas del brazo de una balanza de torsión y dos bolas de plomo estacionarias mucho más grandes (350 libras). Cavendish pretendía medir la fuerza de atracción gravitacional entre los dos. Se dio cuenta de que el aparato de Michell sería sensible a las diferencias de temperatura y las corrientes de aire inducidas, por lo que hizo modificaciones aislando el aparato en una habitación separada con controles externos y telescopios para hacer observaciones.

Usando este equipo, Cavendish calculó la atracción entre las bolas a partir del período de oscilación de la balanza de torsión, y luego usó este valor para calcular la densidad de la Tierra. Cavendish descubrió que la densidad promedio de la Tierra es 5,48 veces mayor que la del agua. John Henry Poynting señaló más tarde que los datos deberían haber llevado a un valor de 5,448 y, de hecho, ese es el valor promedio de las veintinueve determinaciones que Cavendish incluyó en su artículo. El número publicado se debió a un simple error aritmético de su parte. Lo extraordinario del experimento de Cavendish fue que eliminó toda fuente de error y todo factor que pudiera perturbar el experimento, y su precisión al medir una atracción asombrosamente pequeña, apenas 1/50.000.000 del peso de las bolas de plomo. El resultado que obtuvo Cavendish para la densidad de la Tierra está dentro del 1 por ciento de la cifra actualmente aceptada.

El trabajo de Cavendish llevó a otros a obtener valores precisos para la constante gravitacional (G) y la masa de la Tierra. Según sus resultados, se puede calcular un valor para G de 6,754 × 10⁻¹¹N-m²/kg², que se compara favorablemente con el valor moderno de 6,67428 × 10⁻¹¹N-m²/kg².

Los libros suelen describir el trabajo de Cavendish como una medida de G o de la masa de la Tierra. Dado que estos están relacionados con la densidad de la Tierra por una red trivial de relaciones algebraicas, ninguna de estas fuentes es incorrecta, pero no coinciden con la elección exacta de palabras de Cavendish, y este error ha sido señalado por varios autores. El objetivo declarado de Cavendish era medir la densidad de la Tierra.

La primera vez que la constante obtuvo este nombre fue en 1873, casi 100 años después del experimento de Cavendish. Los resultados de Cavendish también dan la masa de la Tierra.

Investigación eléctrica

Los experimentos eléctricos y químicos de Cavendish, como los del calor, habían comenzado mientras vivía con su padre en un laboratorio en su casa de Londres. Lord Charles Cavendish murió en 1783, dejando casi todo su importante patrimonio a Henry. Al igual que su teoría del calor, la teoría integral de la electricidad de Cavendish tenía forma matemática y se basaba en experimentos cuantitativos precisos. Trabajando con su colega, Timothy Lane, creó un pez torpedo artificial que podía dispensar descargas eléctricas para demostrar que la fuente de descarga de estos peces era la electricidad. Publicó una versión temprana de su teoría de la electricidad en 1771, basada en un fluido eléctrico expansivo que ejercía presión. Demostró que si la intensidad de la fuerza eléctrica fuera inversamente proporcional a la distancia, entonces el fluido eléctrico más que el necesario para la neutralidad eléctrica estaría en la superficie exterior de una esfera electrificada; luego lo confirmó experimentalmente. Cavendish continuó trabajando en electricidad después de este artículo inicial, pero no publicó más sobre el tema.

Cavendish escribió artículos sobre temas eléctricos para la Royal Society, pero la mayor parte de sus experimentos eléctricos no se dieron a conocer hasta que James Clerk Maxwell los recopiló y publicó un siglo después, en 1879, mucho después de que otros científicos hubieran sido acreditados con el mismos resultados. Los artículos eléctricos de Cavendish de Philosophical Transactions of the Royal Society of London se han reimpreso, junto con la mayoría de sus manuscritos eléctricos, en The Scientific Papers of the Honorable Henry Cavendish, F.R.S. (1921). Según la edición de 1911 de la Encyclopædia Britannica, entre los descubrimientos de Cavendish se encontraba el concepto de potencial eléctrico (al que llamó "grado de electrificación"), una de las primeras unidades de capacitancia (la de una esfera uno pulgadas de diámetro), la fórmula para la capacitancia de un capacitor de placa, el concepto de la constante dieléctrica de un material, la relación entre el potencial eléctrico y la corriente (ahora llamada Ley de Ohm) (1781), leyes para la división de corriente en circuitos paralelos (ahora atribuida a Charles Wheatstone), y la ley del cuadrado inverso de variación de la fuerza eléctrica con la distancia, ahora llamada Ley de Coulomb.

Muerte

Cavendish murió en Clapham el 24 de febrero de 1810 (como uno de los hombres más ricos de Gran Bretaña) y fue enterrado, junto con muchos de sus antepasados, en la iglesia que ahora es la Catedral de Derby. El camino en el que solía vivir en Derby lleva su nombre. El Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge fue fundado por uno de los parientes posteriores de Cavendish, William Cavendish, séptimo duque de Devonshire (Canciller de la Universidad de 1861 a 1891).

Personalidad y legado

Cavendish heredó dos fortunas tan grandes que Jean Baptiste Biot lo llamó "el más rico de todos los sabios y el más sabio de los ricos". A su muerte, Cavendish era el mayor depositante del Banco de Inglaterra. Era un hombre tímido que se sentía incómodo en sociedad y la evitaba cuando podía. Solo podía hablar con una persona a la vez, y solo si la persona era conocida por él y era un hombre. Conversaba poco, siempre vestía un traje anticuado y no desarrolló lazos personales profundos conocidos fuera de su familia. Cavendish era taciturno y solitario y muchos lo consideraban excéntrico. Se comunicaba con sus sirvientas solo por notas. Según un relato, Cavendish hizo agregar una escalera trasera a su casa para evitar encontrarse con su ama de llaves, porque era especialmente tímido con las mujeres. Los relatos contemporáneos de su personalidad han llevado a algunos comentaristas modernos, como Oliver Sacks, a especular que tenía el síndrome de Asperger, una forma de autismo.

Su única salida social era el Royal Society Club, cuyos miembros cenaban juntos antes de las reuniones semanales. Cavendish rara vez faltaba a estas reuniones y sus contemporáneos lo respetaban profundamente. Sin embargo, su timidez hizo que aquellos que buscaban sus puntos de vista... hablaran como si estuvieran vacíos. Si sus comentarios fueran... dignos, podrían recibir una respuesta entre dientes, pero la mayoría de las veces escucharían un chillido molesto (su voz parece haber sido aguda) y se volverían para encontrar una vacante real y la vista de Cavendish. huyendo para encontrar un rincón más tranquilo". Las opiniones religiosas de Cavendish también se consideraron excéntricas para su época. Se le consideraba agnóstico. Como comenta su biógrafo, George Wilson, "En cuanto a la religión de Cavendish, no era nada en absoluto".

La disposición de su residencia reservaba solo una fracción de espacio para la comodidad personal ya que su biblioteca estaba separada, las habitaciones superiores y el césped eran para la observación astronómica y su salón era un laboratorio con una fragua en una habitación contigua. También disfrutó coleccionando muebles finos, ejemplificado por la compra de un juego de 'diez sillas de madera satinada con incrustaciones y un sofá con patas cabriolé a juego'.

Debido a su comportamiento asocial y reservado, Cavendish a menudo evitaba publicar su trabajo, y muchos de sus descubrimientos no se les contaban ni siquiera a sus colegas científicos. A fines del siglo XIX, mucho después de su muerte, James Clerk Maxwell revisó los documentos de Cavendish y encontró observaciones y resultados por los que se había dado crédito a otros. Ejemplos de lo que se incluyó en los descubrimientos o anticipaciones de Cavendish fueron la ley de las proporciones recíprocas de Richter, la ley de Ohm, la ley de las presiones parciales de Dalton, los principios de la conductividad eléctrica (incluidos los principios de la conductividad eléctrica de Coulomb). 39; s ley), y la ley de los gases de Charles. Un manuscrito 'Calor', fechado tentativamente entre 1783 y 1790, describe una 'teoría mecánica del calor'. Hasta ahora desconocido, el manuscrito fue analizado a principios del siglo XXI. El historiador de la ciencia Russell McCormmach propuso que "Heat" es la única obra del siglo XVIII que prefigura la termodinámica. El físico teórico Dietrich Belitz llegó a la conclusión de que en este trabajo Cavendish "entendió la naturaleza del calor esencialmente correcta".

Mientras Cavendish realizaba su famoso experimento de densidad de la Tierra en un edificio anexo en el jardín de su propiedad de Clapham Common, sus vecinos señalaban el edificio y les decían a sus hijos que era donde se pesaba el mundo. En honor a los logros de Henry Cavendish y debido a una donación otorgada por el pariente de Henry, William Cavendish, séptimo duque de Devonshire, el laboratorio de física de la Universidad de Cambridge fue nombrado Laboratorio Cavendish por Maxwell, el primer profesor de física de Cavendish y admirador del trabajo de Cavendish.

Escritos seleccionados

• Cavendish, Henry (1921). Documentos científicos. Vol. 1. Cambridge: Cambridge University Press. – editado por James Clerk Maxwell y revisado por Joseph Larmor
• Cavendish, Henry (1921). Documentos científicos. Vol. 2. Cambridge: Cambridge University Press. – editado por James Clerk Maxwell y revisado por Joseph Larmor
• Cavendish, Henry (1879). Las investigaciones eléctricas del honorable Henry Cavendish. Cambridge: Cambridge University Press. Henry cavernoso. – editado por James Clerk Maxwell

• 

  1879 copia de "Las investigaciones eléctricas del honorable Henry Cavendish F.R.S"

• 

  Título página de una copia de 1879 "Las investigaciones eléctricas del honorable Henry Cavendish F.R.S"

• 

  Primera página de una copia de 1879 "Las investigaciones eléctricas del honorable Henry Cavendish F.R.S"

Notas y referencias