Historia de la electricidad

La historia de la electricidad o a los fenómenos físicos que conocemos como electricidad, comienza con medidas antiguas para comprender la electricidad atmosférica, en particular los rayos. La gente entonces tenía poca comprensión de la electricidad y no podía explicar los fenómenos. La comprensión científica de la naturaleza de la electricidad creció a lo largo de los siglos XVIII y XIX gracias al trabajo de investigadores como Coulomb, Ampère, Faraday y Maxwell.

En el siglo XIX quedó claro que la electricidad y el magnetismo estaban relacionados, y sus teorías se unificaron: dondequiera que haya cargas en movimiento, se produce corriente eléctrica, y el magnetismo se debe a la corriente eléctrica. La fuente del campo eléctrico es la carga eléctrica, mientras que la del campo magnético es la corriente eléctrica (cargas en movimiento).

Historia antigua y clasica

El conocimiento de la electricidad estática se remonta a las primeras civilizaciones, pero durante milenios siguió siendo un fenómeno meramente interesante y desconcertante, sin una teoría que explicara su comportamiento, y a menudo se confundía con el magnetismo. Los antiguos estaban familiarizados con las propiedades bastante curiosas que poseían dos minerales, el ámbar (en griego: ἤλεκτρον, ēlektron) y el mineral de hierro magnético (μαγνῆτις λίθος magnētis lithos, "la piedra de Magnesia, la piedra imán"). El ámbar, cuando se frota, atrae objetos livianos, como plumas; El mineral de hierro magnético tiene el poder de atraer el hierro.

Basado en su hallazgo de un artefacto de hematita olmeca en América Central, el astrónomo estadounidense John Carlson ha sugerido que "los olmecas pueden haber descubierto y utilizado la brújula geomagnética de piedra imán antes del año 1000 a. C.". De ser cierto, esto "es anterior al descubrimiento chino de la brújula de imán geomagnético en más de un milenio". Carlson especula que los olmecas pueden haber usado artefactos similares como un dispositivo direccional para fines astrológicos o geománticos, o para orientar sus templos, las viviendas de los vivos o los entierros de los muertos. La primera referencia de la literatura china al magnetismo se encuentra en un libro del siglo IV a. C. llamado Libro del maestro del valle del diablo (鬼谷子): "La piedra imán hace que el hierro venga o lo atrae".

Mucho antes de que existiera el conocimiento del electromagnetismo, la gente era consciente de los efectos de la electricidad. Los rayos y otras manifestaciones de la electricidad como el fuego de San Telmo eran conocidos en la antigüedad, pero no se entendía que estos fenómenos tenían un origen común. Los antiguos egipcios eran conscientes de las descargas eléctricas cuando interactuaban con peces eléctricos (como el bagre eléctrico) u otros animales (como las anguilas eléctricas). Los choques de los animales fueron evidentes para los observadores desde la prehistoria por una variedad de pueblos que entraron en contacto con ellos. Los textos del 2750 a. C. de los antiguos egipcios se referían a estos peces como "el trueno del Nilo" y los veían como los "protectores" de todos los demás peces.Otro posible acercamiento al descubrimiento de la identidad del relámpago y la electricidad de cualquier otra fuente se debe a los árabes, quienes antes del siglo XV usaban la misma palabra árabe para relámpago (barq) y rayo eléctrico.

Tales de Mileto, escribiendo alrededor del año 600 a. C., señaló que frotar pieles sobre varias sustancias como el ámbar haría que atrajeran motas de polvo y otros objetos ligeros. Thales escribió sobre el efecto que ahora se conoce como electricidad estática. Los griegos notaron que si frotaban el ámbar durante el tiempo suficiente, incluso podían hacer saltar una chispa eléctrica.

Estos fenómenos electrostáticos fueron nuevamente informados milenios después por naturalistas y médicos romanos y árabes. Varios escritores antiguos, como Plinio el Viejo y Scribonius Largus, atestiguan el efecto adormecedor de las descargas eléctricas administradas por bagres y rayos torpedos. Plinio en sus libros escribe: "Los antiguos toscanos por su saber sostienen que hay nueve dioses que envían rayos y los de once clases". Esta fue en general la idea pagana temprana del relámpago. Los antiguos tenían el concepto de que los choques podían viajar a lo largo de objetos conductores. A los pacientes que sufrían dolencias como gota o dolor de cabeza se les indicó que tocaran peces eléctricos con la esperanza de que la poderosa sacudida pudiera curarlos.

Varios objetos encontrados en Irak en 1938 datan de los primeros siglos d. C. (Sassanid Mesopotamia), llamados Batería de Bagdad, se asemejan a una celda galvánica y algunos creen que se usaron para galvanoplastia. Las afirmaciones son controvertidas debido a la evidencia y las teorías que respaldan los usos de los artefactos, la evidencia física sobre los objetos que conducen a las funciones eléctricas y si eran de naturaleza eléctrica. Como resultado, la naturaleza de estos objetos se basa en la especulación y la función de estos artefactos permanece en duda.

La atracción magnética fue explicada una vez por Aristóteles y Tales como el trabajo de un alma en la piedra.

Edad Media y el Renacimiento

La brújula de aguja magnética se desarrolló en el siglo XI y mejoró la precisión de la navegación al emplear el concepto astronómico del norte verdadero (Dream Pool Essays, 1088). En ese momento, el científico chino Shen Kuo (1031-1095) fue la primera persona conocida en escribir sobre la brújula de aguja magnética, y en el siglo XII se sabía que los chinos usaban la brújula de imán para la navegación. En Europa, la primera descripción de la brújula y su uso para la navegación es de Alexander Neckam (1187), aunque el uso de la brújula ya era común. Su desarrollo, en la historia europea, se debió a Flavio Gioja de Amalfi

En el siglo XIII Peter Peregrinus, nativo de Maricourt en Picardía, hizo un descubrimiento de fundamental importancia. El erudito francés del siglo XIII realizó experimentos sobre el magnetismo y escribió el primer tratado existente que describe las propiedades de los imanes y las agujas de las brújulas giratorias. En 1282, Al-Ashraf Umar II, un erudito yemení, discutió las propiedades de los imanes y las brújulas secas. La brújula seca fue inventada alrededor de 1300 por el inventor italiano Flavio Gioja.

El arzobispo Eustacio de Tesalónica, erudito y escritor griego del siglo XII, registra que Woliver, rey de los godos, era capaz de sacar chispas de su cuerpo. El mismo escritor afirma que cierto filósofo fue capaz de sacar chispas de su ropa mientras se vestía, un resultado aparentemente similar al obtenido por Robert Symmer en sus experimentos con medias de seda, un informe detallado del cual se puede encontrar en Philosophical Transactions, 1759.

El médico italiano Gerolamo Cardano escribió sobre la electricidad en De Subtilitate (1550) distinguiendo, quizás por primera vez, entre fuerzas eléctricas y magnéticas.

Siglo 17

Hacia fines del siglo XVI, un médico de la época de la reina Isabel, el Dr. William Gilbert, en De Magnete, amplió el trabajo de Cardano e inventó la nueva palabra latina electrica de ἤλεκτρον (ēlektron), la palabra griega para "ámbar". Gilbert, nativo de Colchester, miembro del St. John's College de Cambridge y, en algún momento, presidente del Colegio de Médicos, fue uno de los primeros y más distinguidos hombres de ciencia ingleses, un hombre cuyo trabajo Galileo consideró envidiablemente grande. Fue nombrado médico de la corte y se le concedió una pensión para dejarlo libre para continuar sus investigaciones en física y química.

Gilbert realizó una serie de cuidadosos experimentos eléctricos, en el curso de los cuales descubrió que muchas sustancias distintas del ámbar, como el azufre, la cera, el vidrio, etc., eran capaces de manifestar propiedades eléctricas. Gilbert también descubrió que un cuerpo calentado perdía su electricidad y que la humedad impedía la electrificación de todos los cuerpos, debido al hecho ahora bien conocido de que la humedad perjudicaba el aislamiento de dichos cuerpos. También notó que las sustancias electrificadas atraían a todas las demás sustancias indiscriminadamente, mientras que un imán solo atraía al hierro. Los numerosos descubrimientos de esta naturaleza le valieron a Gilbert el título de fundador de la ciencia eléctrica.Al investigar las fuerzas sobre una aguja metálica ligera, en equilibrio sobre una punta, amplió la lista de cuerpos eléctricos y descubrió también que muchas sustancias, incluidos los metales y los imanes naturales, no mostraban fuerzas de atracción cuando se frotaban. Se dio cuenta de que el clima seco con viento del norte o del este era la condición atmosférica más favorable para exhibir fenómenos eléctricos, una observación sujeta a malentendidos hasta que se entendiera la diferencia entre conductor y aislante.

El trabajo de Gilbert fue seguido por Robert Boyle (1627-1691), el famoso filósofo natural que una vez fue descrito como "padre de la química y tío del conde de Cork". Boyle fue uno de los fundadores de la Royal Society cuando se reunió en privado en Oxford y se convirtió en miembro del Consejo después de que Carlos II incorporara la Sociedad. en 1663. Trabajó con frecuencia en la nueva ciencia de la electricidad y agregó varias sustancias a la lista de electricidad de Gilbert. Dejó un relato detallado de sus investigaciones bajo el título de Experimentos sobre el origen de la electricidad. Boyle, en 1675, afirmó que la atracción y la repulsión eléctrica pueden actuar a través del vacío.Uno de sus descubrimientos importantes fue que los cuerpos electrificados en el vacío atraerían sustancias ligeras, indicando así que el efecto eléctrico no dependía del aire como medio. También añadió resina a la entonces conocida lista de eléctricos.

En 1663, Otto von Guericke inventó un dispositivo que ahora se reconoce como uno de los primeros (posiblemente el primero) generador electrostático, pero no lo reconoció principalmente como un dispositivo eléctrico ni realizó experimentos eléctricos con él. A finales del siglo XVII, los investigadores habían desarrollado medios prácticos para generar electricidad por fricción con un generador electrostático, pero el desarrollo de las máquinas electrostáticas no comenzó en serio hasta el siglo XVIII, cuando se convirtieron en instrumentos fundamentales en los estudios sobre las nuevas ciencia de la electricidad.

El primer uso de la palabra electricidad se atribuye a Sir Thomas Browne en su obra de 1646, Pseudodoxia Epidemica.

La primera aparición del término electromagnetismo, por otro lado, proviene de una fecha anterior: 1641. Magnes, de la luminaria jesuita Athanasius Kircher, lleva en la página 640 el provocativo título del capítulo: " Electro-magnetismos, es decir, sobre el magnetismo del ámbar, o atracciones eléctricas y sus causas" (ηλεκτρο-μαγνητισμος id est sive De Magnetismo electri, seu electricistractionibus earumque causis).

Siglo 18

Mejorando la máquina eléctrica.

La máquina eléctrica fue posteriormente mejorada por Francis Hauksbee, su alumno Litzendorf, y por el Prof. Georg Matthias Bose, alrededor de 1750. Litzendorf, investigando para Christian August Hausen, sustituyó la bola de azufre de Guericke por una bola de cristal. Bose fue el primero en emplear el "conductor principal" en tales máquinas, que consiste en una barra de hierro sostenida en la mano de una persona cuyo cuerpo estaba aislado al pararse sobre un bloque de resina. Ingenhousz, durante 1746, inventó máquinas eléctricas hechas de placas de vidrio.Los experimentos con la máquina eléctrica se vieron favorecidos en gran medida por el descubrimiento de que una placa de vidrio, recubierta por ambos lados con papel de aluminio, acumulaba carga eléctrica cuando se conectaba con una fuente de fuerza electromotriz. La máquina eléctrica pronto fue mejorada por Andrew Gordon, un escocés, profesor en Erfurt, quien sustituyó un cilindro de vidrio en lugar de un globo de vidrio; y por Giessing de Leipzig, quien agregó una "goma" que consiste en un cojín de material de lana. El colector, que consiste en una serie de puntas de metal, fue agregado a la máquina por Benjamin Wilson alrededor de 1746, y en 1762, John Canton de Inglaterra (también inventor del primer electroscopio de bola de médula en 1754) mejoró la eficiencia de las máquinas eléctricas. rociando una amalgama de estaño sobre la superficie de la goma.

Eléctricos y no eléctricos

En 1729, Stephen Gray llevó a cabo una serie de experimentos que demostraron la diferencia entre conductores y no conductores (aislantes), demostrando, entre otras cosas, que un alambre de metal e incluso un hilo conductor conducían la electricidad, mientras que la seda no. En uno de sus experimentos envió una corriente eléctrica a través de 800 pies de hilo de cáñamo que estaba suspendido a intervalos por bucles de hilo de seda. Cuando trató de realizar el mismo experimento sustituyendo la seda por alambre de latón finamente hilado, descubrió que la corriente eléctrica ya no se transportaba por el cordón de cáñamo, sino que parecía desaparecer en el alambre de latón. A partir de este experimento clasificó las sustancias en dos categorías: "eléctricas" como el vidrio, la resina y la seda y "no eléctricas" como el metal y el agua. Cargas conducidas "no eléctricas" mientras "

Vítreo y resinoso

Intrigado por los resultados de Gray, en 1732, CF du Fay comenzó a realizar varios experimentos. En su primer experimento, Du Fay concluyó que todos los objetos, excepto los metales, los animales y los líquidos, podían electrificarse por frotamiento y que los metales, los animales y los líquidos podían electrificarse por medio de una máquina eléctrica, desacreditando así las teorías "eléctricas" y "no eléctricas" de Gray. "electricidad" clasificación de las sustancias.

En 1733, Du Fay descubrió lo que creía que eran dos tipos de electricidad por fricción; uno generado por frotar vidrio, el otro por frotar resina. A partir de esto, Du Fay teorizó que la electricidad consta de dos fluidos eléctricos, "vítreo" y "resinoso", que se separan por fricción y que se neutralizan cuando se combinan. Esta imagen de la electricidad también fue apoyada por Christian Gottlieb Kratzenstein en sus trabajos teóricos y experimentales. La teoría de los dos fluidos daría lugar más tarde al concepto de cargas eléctricas positivas y negativas ideado por Benjamin Franklin.

Tarro de Leyden

La botella de Leyden, un tipo de condensador para energía eléctrica en grandes cantidades, fue inventada de forma independiente por Ewald Georg von Kleist el 11 de octubre de 1744 y por Pieter van Musschenbroek en 1745-1746 en la Universidad de Leiden (esta última ubicación le da su nombre al dispositivo). William Watson, al experimentar con la botella de Leyden, descubrió en 1747 que una descarga de electricidad estática equivalía a una corriente eléctrica. La capacitancia fue observada por primera vez por Von Kleist de Leyden en 1754.Von Kleist sostenía, cerca de su máquina eléctrica, una pequeña botella en cuyo cuello había un clavo de hierro. Al tocar accidentalmente el clavo de hierro con la otra mano, recibió una fuerte descarga eléctrica. De la misma manera, Musschenbroeck, asistido por Cunaens, recibió un golpe más severo de una botella de vidrio algo similar. Sir William Watson de Inglaterra mejoró mucho este dispositivo, cubriendo la botella, o frasco, por fuera y por dentro con papel de aluminio. Esta pieza de aparato eléctrico se reconocerá fácilmente como la conocida botella de Leyden, llamada así por el abad Nollet de París, por el lugar de su descubrimiento.

En 1741, John Ellicott "propuso medir la fuerza de la electrificación por su poder para levantar un peso en una escala de una balanza mientras el otro se sostenía sobre el cuerpo electrificado y era atraído por su poder de atracción". Ya en 1746, Jean-Antoine Nollet (1700-1770) había realizado experimentos sobre la velocidad de propagación de la electricidad. Al involucrar a 200 monjes cartujos conectados de mano a mano por cables de hierro para formar un círculo de aproximadamente 1,6 km, pudo probar que esta velocidad es finita, aunque muy alta.En 1749, Sir William Watson realizó numerosos experimentos para determinar la velocidad de la electricidad en un cable. Estos experimentos, aunque quizás no tan intencionados, también demostraron la posibilidad de transmitir señales a distancia mediante electricidad. En estos experimentos, la señal pareció viajar instantáneamente por la longitud de 12,276 pies del cable aislado. Le Monnier en Francia había realizado previamente experimentos algo similares, enviando descargas a través de un cable de hierro de 1.319 pies de largo.

Alrededor de 1750, se realizaron los primeros experimentos en electroterapia. Varios experimentadores realizaron pruebas para determinar los efectos fisiológicos y terapéuticos de la electricidad. Típico de este esfuerzo fue Kratzenstein en Halle, quien en 1744 escribió un tratado sobre el tema. Demainbray en Edimburgo examinó los efectos de la electricidad sobre las plantas y concluyó que la electrificación aceleró el crecimiento de dos árboles de mirto. Estos arrayanes estuvieron electrificados "durante todo el mes de octubre de 1746, y echaron ramas y flores antes que otros arbustos de la misma especie no electrificados". Abbé Ménon en Francia probó los efectos de una aplicación continua de electricidad en hombres y pájaros y descubrió que los sujetos experimentaron con la pérdida de peso, demostrando así aparentemente que la electricidad aceleraba las excreciones.La eficacia de las descargas eléctricas en casos de parálisis se probó en el hospital del condado de Shrewsbury, Inglaterra, con un éxito bastante pobre.

Finales del siglo XVIII

Benjamin Franklin promovió sus investigaciones sobre la electricidad y las teorías a través del famoso, aunque extremadamente peligroso, experimento de hacer volar a su hijo una cometa a través de un cielo amenazado por una tormenta. Una llave unida a la cuerda de la cometa encendió y cargó una botella de Leyden, estableciendo así el vínculo entre el rayo y la electricidad. A raíz de estos experimentos, inventó un pararrayos. Se considera que Franklin (con mayor frecuencia) o Ebenezer Kinnersley de Filadelfia (con menos frecuencia) establecieron la convención de electricidad positiva y negativa.

Las teorías sobre la naturaleza de la electricidad eran bastante vagas en este período y las que prevalecían eran más o menos contradictorias. Franklin consideraba que la electricidad era un fluido imponderable que lo impregnaba todo y que, en su estado normal, se distribuía uniformemente en todas las sustancias. Asumió que las manifestaciones eléctricas obtenidas al frotar el vidrio se debían a la producción de un exceso de fluido eléctrico en esa sustancia y que las manifestaciones producidas al frotar la cera se debían a un déficit del fluido. A esta explicación se opusieron los partidarios de la teoría de los "dos fluidos", como Robert Symmer en 1759. En esta teoría, las electricidades vítrea y resinosa se consideraban fluidos imponderables, cada fluido está compuesto de partículas que se repelen entre sí, mientras que las partículas de electricidad opuesta se atraen mutuamente. Cuando los dos fluidos se unen como resultado de su atracción mutua, se neutraliza su efecto sobre los objetos externos. El acto de frotar un cuerpo descompone los fluidos, uno de los cuales queda en exceso sobre el cuerpo y se manifiesta como electricidad vítrea o resinosa.

Hasta el momento del histórico experimento de la cometa de Franklin, la identidad de la electricidad desarrollada por fricción y por máquinas electrostáticas (electricidad por fricción) con rayos no se había establecido en general. El Dr. Wall, Abbot Nollet, Hauksbee, Stephen Gray y John Henry Winkler habían sugerido la semejanza entre los fenómenos de la "electricidad" y los "rayos", habiendo insinuado Gray que sólo diferían en grado. Sin embargo, fue sin duda Franklin quien primero propuso pruebas para determinar la similitud de los fenómenos. En una carta a Peter Comlinson de Londres, el 19 de octubre de 1752, Franklin, refiriéndose a su experimento con cometas, escribió:

"Con esta tecla se puede cargar la ampolla (tarro de Leyden); y del fuego eléctrico así obtenido se pueden encender los espíritus, y se pueden realizar todos los demás experimentos eléctricos que generalmente se realizan con la ayuda de un globo o tubo de vidrio frotado, y de este modo se demostrará completamente la similitud de la materia eléctrica con la del relámpago".

El 10 de mayo de 1742, Thomas-François Dalibard, en Marly (cerca de París), utilizando una barra de hierro vertical de 40 pies de largo, obtuvo resultados correspondientes a los registrados por Franklin y algo anteriores a la fecha del experimento de Franklin. La importante demostración de Franklin de la igualdad de la electricidad por fricción y los rayos sin duda añadió entusiasmo a los esfuerzos de muchos experimentadores en este campo en la última mitad del siglo XVIII, para avanzar en el progreso de la ciencia.

Las observaciones de Franklin ayudaron a los científicos posteriores.como Michael Faraday, Luigi Galvani, Alessandro Volta, André-Marie Ampère y Georg Simon Ohm, cuyo trabajo colectivo proporcionó la base para la tecnología eléctrica moderna y para quienes se nombran las unidades fundamentales de medida eléctrica. Otros que avanzarían en el campo del conocimiento incluyen a William Watson, Georg Matthias Bose, Smeaton, Louis-Guillaume Le Monnier, Jacques de Romas, Jean Jallabert, Giovanni Battista Beccaria, Tiberius Cavallo, John Canton, Robert Symmer, Abbot Nollet, John Henry Winkler., Benjamin Wilson, Ebenezer Kinnersley, Joseph Priestley, Franz Aepinus, Edward Hussey Délavai, Henry Cavendish y Charles-Augustin de Coulomb. Las descripciones de muchos de los experimentos y descubrimientos de estos primeros científicos eléctricos se pueden encontrar en las publicaciones científicas de la época, en particular elPhilosophical Transactions, Philosophical Magazine, Cambridge Mathematical Journal, Young's Natural Philosophy, Priestley's History of Electricity, Franklin's Experiments and Observations on Electricity, Cavalli's Treatise on Electricity y De la Rive's Treatise on Electricity.

Henry Elles fue una de las primeras personas en sugerir vínculos entre la electricidad y el magnetismo. En 1757 afirmó que había escrito a la Royal Society en 1755 sobre los vínculos entre la electricidad y el magnetismo, afirmando que "hay algunas cosas en el poder del magnetismo muy similares a las de la electricidad", pero "de ninguna manera pensó ellos lo mismo". En 1760 afirmó de manera similar que en 1750 había sido el primero en "pensar cómo el fuego eléctrico puede ser la causa del trueno". Entre las investigaciones y experimentos eléctricos más importantes durante este período se encuentran los de Franz Aepinus, un destacado erudito alemán (1724–1802) y Henry Cavendish de Londres, Inglaterra.

A Franz Aepinus se le acredita como el primero en concebir la visión de la relación recíproca de la electricidad y el magnetismo. En su obra Tentamen Theoria Electricitatis et Magnetism,publicado en San Petersburgo en 1759, da la siguiente ampliación de la teoría de Franklin, que en algunas de sus características está notablemente de acuerdo con los puntos de vista actuales: "Las partículas del fluido eléctrico se repelen entre sí, se atraen y son atraídas por las partículas de todos los cuerpos con una fuerza que decrece en proporción a medida que aumenta la distancia; el fluido eléctrico existe en los poros de los cuerpos; se mueve sin obstáculos a través de los (conductores) no eléctricos, pero se mueve con dificultad en los aisladores; las manifestaciones de la electricidad se deben a la distribución desigual del fluido en un cuerpo, o al acercamiento de cuerpos desigualmente cargados con el fluido". Aepinus formuló una teoría correspondiente del magnetismo excepto que, en el caso de los fenómenos magnéticos, los fluidos solo actuaban sobre las partículas de hierro. También realizó numerosos experimentos eléctricos que aparentemente mostraban que, para manifestar efectos eléctricos, la turmalina debe calentarse entre 37,5 °С y 100 °C. De hecho, la turmalina permanece sin electrificar cuando su temperatura es uniforme, pero manifiesta propiedades eléctricas cuando su temperatura sube o baja. Los cristales que manifiestan propiedades eléctricas de esta forma se denominan piroeléctricos; junto con la turmalina, estos incluyen sulfato de quinina y cuarzo.

Henry Cavendish concibió de forma independiente una teoría de la electricidad casi similar a la de Aepinus. En 1784, fue quizás el primero en utilizar una chispa eléctrica para producir una explosión de hidrógeno y oxígeno en las proporciones adecuadas que crearían agua pura. Cavendish también descubrió la capacidad inductiva de los dieléctricos (aislantes) y, ya en 1778, midió la capacidad inductiva específica de la cera de abejas y otras sustancias en comparación con un condensador de aire.

Alrededor de 1784 CA Coulomb ideó la balanza de torsión, descubriendo lo que ahora se conoce como la ley de Coulomb: la fuerza ejercida entre dos pequeños cuerpos electrificados varía inversamente al cuadrado de la distancia, no como había supuesto Aepinus en su teoría de la electricidad, simplemente inversamente como la distancia. Según la teoría adelantada por Cavendish, "las partículas se atraen y son atraídas inversamente como alguna potencia menor de la distancia que el cubo". Una gran parte del dominio de la electricidad quedó virtualmente anexado por el descubrimiento de Coulomb de la ley de los cuadrados inversos.

A través de los experimentos de William Watson y otros que demostraron que la electricidad podía transmitirse a distancia, la idea de hacer un uso práctico de este fenómeno comenzó, alrededor de 1753, a absorber las mentes de las personas curiosas. Con este fin, se hicieron sugerencias sobre el empleo de la electricidad en la transmisión de inteligencia. El primero de los métodos ideados con este fin fue probablemente el de Georges Lesage en 1774.Este método constaba de 24 cables, aislados entre sí y cada uno con una bola de médula conectada a su extremo distante. Cada cable representaba una letra del alfabeto. Para enviar un mensaje, un cable deseado se cargaba momentáneamente con electricidad de una máquina eléctrica, después de lo cual la bola de médula conectada a ese cable salía volando. También se probaron otros métodos de telegrafía en los que se empleaba electricidad por fricción, algunos de los cuales se describen en la historia del telégrafo.

La era de la electricidad galvánica o voltaica representó una ruptura revolucionaria con el enfoque histórico de la electricidad por fricción. Alessandro Volta descubrió que las reacciones químicas podían usarse para crear ánodos cargados positivamente y cátodos cargados negativamente. Cuando se unía un conductor entre estos, la diferencia en el potencial eléctrico (también conocido como voltaje) impulsaba una corriente entre ellos a través del conductor. La diferencia de potencial entre dos puntos se mide en unidades de voltios en reconocimiento del trabajo de Volta.

La primera mención de la electricidad voltaica, aunque no reconocida como tal en ese momento, probablemente la hizo Johann Georg Sulzer en 1767, quien, al colocar un pequeño disco de zinc debajo de su lengua y un pequeño disco de cobre sobre ella, observó una peculiar gusto cuando los respectivos metales se tocaron en sus bordes. Sulzer supuso que cuando los metales se juntaban se ponían en vibración, actuando sobre los nervios de la lengua para producir los efectos observados. En 1790, el profesor Luigi Alyisio Galvani de Bolonia, mientras realizaba experimentos sobre "electricidad animal", notó el movimiento de las ancas de una rana en presencia de una máquina eléctrica. Observó que el músculo de una rana, suspendido de una balaustrada de hierro por un gancho de cobre que atravesaba su columna dorsal, sufría vivas convulsiones sin ninguna causa extraña,

Para explicar este fenómeno, Galvani supuso que existía electricidad de clases opuestas en los nervios y músculos de la rana, músculos y nervios que constituían los revestimientos cargados de una botella de Leyden. Galvani publicó los resultados de sus descubrimientos, junto con su hipótesis, que acaparó la atención de los físicos de la época.El más destacado de ellos fue Volta, profesor de física en Pavía, quien sostuvo que los resultados observados por Galvani eran el resultado de los dos metales, el cobre y el hierro, que actuaban como electromotores, y que los músculos de la rana desempeñaban el papel de un conductor, completando el circuito. Esto precipitó una larga discusión entre los partidarios de los puntos de vista en conflicto. Un grupo estuvo de acuerdo con Volta en que la corriente eléctrica era el resultado de una fuerza electromotriz de contacto en los dos metales; el otro adoptó una modificación del punto de vista de Galvani y afirmó que la corriente era el resultado de una afinidad química entre los metales y los ácidos en la pila. Michael Faraday escribió en el prefacio de sus Investigaciones Experimentales, en relación con la cuestión de si el contacto metálico es productor de una parte de la electricidad de la pila voltaica: "No veo razón todavía para cambiar la opinión que he dado;... pero el punto en sí es de tanta importancia que Tengo la intención de renovar la investigación en la primera oportunidad y, si puedo, presentar las pruebas, ya sea de un lado o del otro, innegables para todos".

Incluso el mismo Faraday, sin embargo, no resolvió la controversia, y aunque los puntos de vista de los defensores de ambos lados de la cuestión han sufrido modificaciones, como lo exigieron las investigaciones y descubrimientos posteriores, hasta 1918 la diversidad de opinión sobre estos puntos continuó apareciendo. Volta realizó numerosos experimentos en apoyo de su teoría y finalmente desarrolló la pila o batería,que fue el precursor de todas las baterías químicas posteriores, y poseía el mérito distintivo de ser el primer medio por el cual se podía obtener una corriente continua prolongada de electricidad. Volta comunicó una descripción de su pila a la Royal Society de Londres y poco después Nicholson y Cavendish (1780) produjeron la descomposición del agua por medio de la corriente eléctrica, utilizando la pila de Volta como fuente de fuerza electromotriz.

Siglo 19

Principios del siglo XIX

En 1800, Alessandro Volta construyó el primer dispositivo para producir una gran corriente eléctrica, más tarde conocida como batería eléctrica. Napoleón, informado de sus trabajos, lo convocó en 1801 para una ejecución de mando de sus experimentos. Recibió muchas medallas y condecoraciones, incluida la Légion d'honneur.

Davy en 1806, empleando una pila voltaica de aproximadamente 250 celdas, o pares, descompuso la potasa y la sosa, demostrando que estas sustancias eran respectivamente los óxidos de potasio y sodio, metales que antes se desconocían. Estos experimentos fueron el comienzo de la electroquímica, cuya investigación emprendió Faraday y sobre la cual en 1833 anunció su importante ley de los equivalentes electroquímicos, a saber: " La misma cantidad de electricidad, es decir, la misma corriente eléctrica, se descompone químicamente". cantidades equivalentes de todos los cuerpos que atraviesa; por lo tanto, los pesos de los elementos separados en estos electrolitos son entre sí como sus equivalentes químicos." Empleando una batería de 2.000 elementos de una pila voltaica Humphry Davy en 1809 dio la primera demostración pública de la luz de arco eléctrico, utilizando para el propósito carbón vegetal encerrado en el vacío.

Es importante señalar que no fue sino hasta muchos años después del descubrimiento de la pila voltaica que se reconoció y demostró claramente la similitud de la electricidad animal y friccional con la electricidad voltaica. Así, en enero de 1833 encontramos a Faraday escribiendo en un artículo sobre la electricidad del rayo eléctrico. " Después de un examen de los experimentos de Walsh, Ingenhousz, Henry Cavendish, Sir H. Davy y el Dr. Davy, no me queda ninguna duda en cuanto a la identidad de la electricidad del torpedo con común (friccional)y electricidad voltaica; y supongo que quedará tan poco en la mente de los demás como para justificar que me abstenga de entrar en detalle en la prueba filosófica de esa identidad. Las dudas planteadas por Sir Humphry Davy han sido despejadas por su hermano, el Dr. Davy; los resultados de este último son inversos a los del primero.... La conclusión general que, creo, debe extraerse de esta colección de hechos (una tabla que muestra la similitud de las propiedades de las electricidades de diversos nombres) es que la electricidad, cualquiera que sea su fuente, es idéntica en su naturaleza."

Sin embargo, es apropiado afirmar que antes de la época de Faraday la similitud de la electricidad derivada de diferentes fuentes era más que sospechosa. Así, William Hyde Wollaston, escribió en 1801: “ Esta similitud en los medios por los cuales tanto la electricidad como el galvanismo (electricidad voltaica) parecen ser excitados además de la semejanza que se ha rastreado entre sus efectos muestra que ambos son esencialmente lo mismo. y confirmar una opinión que ya ha sido adelantada por otros, que todas las diferencias detectables en los efectos de este último pueden deberse a que es menos intenso, pero producido en una cantidad mucho mayor.." En el mismo artículo, Wollaston describe ciertos experimentos en los que utiliza un alambre muy fino en una solución de sulfato de cobre a través del cual pasa corrientes eléctricas de una máquina eléctrica. Esto es interesante en relación con el uso posterior de cables finos dispuestos casi de manera similar. cables en receptores electrolíticos en radio o radiotelegrafía.

En la primera mitad del siglo XIX se hicieron muchas adiciones muy importantes al conocimiento mundial sobre la electricidad y el magnetismo. Por ejemplo, en 1820 Hans Christian Ørsted de Copenhague descubrió el efecto de desviación de una corriente eléctrica que atraviesa un alambre sobre una aguja magnética suspendida.

Este descubrimiento dio una pista sobre la íntima relación entre la electricidad y el magnetismo, posteriormente demostrada, que pronto fue seguida por Ampère, quien unos meses más tarde, en septiembre de 1820, presentó los primeros elementos de su nueva teoría, que desarrolló en los años siguientes y culminó con la publicación en su 1827 " Mémoire sur la théorie mathématique des phénomènes électrodynamiques uniquement déduite de l'experience " (Memoria sobre la teoría matemática de los fenómenos electrodinámicos, deducida únicamente de la experiencia) que anuncia su célebre teoría de la electrodinámica, relacionada con la fuerza que ejerce una corriente sobre otro, por sus efectos electromagnéticos, a saber

1. Dos porciones paralelas de un circuito se atraen si las corrientes en ellas fluyen en la misma dirección y se repelen si las corrientes fluyen en la dirección opuesta.
2. Dos porciones de circuitos que se cruzan entre sí se atraen oblicuamente si ambas corrientes fluyen hacia o desde el punto de cruce, y se repelen si una fluye hacia y la otra desde ese punto.
3. Cuando un elemento de un circuito ejerce una fuerza sobre otro elemento de un circuito, esa fuerza siempre tiende a empujar al segundo en una dirección perpendicular a su propia dirección.

Ampere trajo una multitud de fenómenos a la teoría mediante sus investigaciones de las fuerzas mecánicas entre conductores que soportan corrientes e imanes. James Clerk Maxwell, en su "Tratado sobre electricidad y magnetismo", nombró a Ampere como "el Newton de la electricidad".

El físico alemán Seebeck descubrió en 1821 que cuando se aplica calor a la unión de dos metales que habían sido soldados, se establece una corriente eléctrica. Esto se denomina termoelectricidad. El dispositivo de Seebeck consiste en una tira de cobre doblada en cada extremo y soldada a una placa de bismuto. Se coloca una aguja magnética paralela a la tira de cobre. Cuando se aplica el calor de una lámpara a la unión del cobre y el bismuto, se establece una corriente eléctrica que desvía la aguja.

Por esta época, Siméon Denis Poisson abordó el difícil problema de la magnetización inducida, y sus resultados, aunque expresados ​​de manera diferente, siguen siendo la teoría, como una primera aproximación muy importante. Fue en la aplicación de las matemáticas a la física donde realizó sus servicios a la ciencia. Quizás las más originales, y ciertamente las más permanentes en su influencia, fueron sus memorias sobre la teoría de la electricidad y el magnetismo, que virtualmente crearon una nueva rama de la física matemática.

George Green escribió un ensayo sobre la aplicación del análisis matemático a las teorías de la electricidad y el magnetismo en 1828. El ensayo introdujo varios conceptos importantes, entre ellos un teorema similar al teorema de Green moderno, la idea de funciones potenciales tal como se usa actualmente en física, y el concepto de lo que ahora se llama funciones de Green. George Green fue la primera persona en crear una teoría matemática de la electricidad y el magnetismo y su teoría sentó las bases para el trabajo de otros científicos como James Clerk Maxwell, William Thomson y otros.

Peltier en 1834 descubrió un efecto opuesto a la termoelectricidad, a saber, que cuando una corriente pasa a través de un par de metales diferentes, la temperatura baja o aumenta en la unión de los metales, dependiendo de la dirección de la corriente. Esto se denomina efecto Peltier. Se encuentra que las variaciones de temperatura son proporcionales a la fuerza de la corriente y no al cuadrado de la fuerza de la corriente como en el caso del calor debido a la resistencia ordinaria de un conductor. Esta segunda ley es la ley IR, descubierta experimentalmente en 1841 por el físico inglés Joule. En otras palabras, esta importante ley es que el calor generado en cualquier parte de un circuito eléctrico es directamente proporcional al producto de la resistencia R de esta parte del circuito y al cuadrado de la intensidad de la corriente I que fluye en el circuito.

En 1822 Johann Schweigger ideó el primer galvanómetro. Este instrumento fue posteriormente mejorado mucho por Wilhelm Weber (1833). En 1825 William Sturgeon de Woolwich, Inglaterra, inventó el electroimán de herradura y barra recta, recibiendo por ello la medalla de plata de la Society of Arts.En 1837, Carl Friedrich Gauss y Weber (ambos destacados trabajadores de este período) inventaron conjuntamente un galvanómetro reflector para fines telegráficos. Este fue el precursor del reflector Thomson y otros galvanómetros extremadamente sensibles que alguna vez se usaron en la señalización submarina y todavía se emplean ampliamente en mediciones eléctricas. Arago en 1824 hizo el importante descubrimiento de que cuando un disco de cobre gira en su propio plano, y si una aguja magnética se suspende libremente sobre un pivote sobre el disco, la aguja girará con el disco. Si, por el contrario, la aguja está fija, tenderá a retardar el movimiento del disco. Este efecto se denominó rotaciones de Arago.

Charles Babbage, Peter Barlow, John Herschel y otros hicieron intentos inútiles para explicar este fenómeno. La verdadera explicación se reservó para Faraday, a saber, que las corrientes eléctricas son inducidas en el disco de cobre por el corte de las líneas magnéticas de fuerza de la aguja, cuyas corrientes a su vez reaccionan sobre la aguja. Georg Simon Ohm hizo su trabajo sobre la resistencia en los años 1825 y 1826, y publicó sus resultados en 1827 como el libro Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet. Se inspiró considerablemente en el trabajo de Fourier sobre la conducción del calor en la explicación teórica de su trabajo. Para los experimentos, inicialmente usó pilas voltaicas, pero luego usó un termopar, ya que proporcionaba una fuente de voltaje más estable en términos de resistencia interna y diferencia de potencial constante. Usó un galvanómetro para medir la corriente y sabía que el voltaje entre los terminales del termopar era proporcional a la temperatura de la unión. Luego agregó cables de prueba de diferentes longitudes, diámetros y materiales para completar el circuito. Descubrió que sus datos podían modelarse a través de una ecuación simple con una variable compuesta por la lectura de un galvanómetro, la longitud del conductor de prueba, la temperatura de unión del termopar y una constante de toda la configuración. De esto, Ohm determinó su ley de proporcionalidad y publicó sus resultados. En 1827, promulgó la ya famosa ley que lleva su nombre, a saber:Fuerza electromotriz = Corriente × Resistencia

Ohm puso en orden una serie de hechos desconcertantes que conectan la fuerza electromotriz y la corriente eléctrica en los conductores, que todos los electricistas anteriores solo habían logrado vincular vagamente cualitativamente bajo algunas declaraciones bastante vagas. Ohm descubrió que los resultados podían resumirse en una ley tan simple y, gracias al descubrimiento de Ohm, una gran parte del dominio de la electricidad se anexó a la teoría.

Faraday y henry

El descubrimiento de la inducción electromagnética fue hecho casi simultáneamente, aunque de manera independiente, por Michael Faraday, quien fue el primero en hacer el descubrimiento en 1831, y Joseph Henry en 1832. El descubrimiento de Henry de la autoinducción y su trabajo sobre los conductores en espiral usando una bobina de cobre fueron hecho público en 1835, poco antes que los de Faraday.

En 1831 comenzaron las investigaciones históricas de Michael Faraday, el famoso alumno y sucesor de Humphry Davy al frente de la Royal Institution de Londres, en relación con la inducción eléctrica y electromagnética. Las notables investigaciones de Faraday, el príncipe de los experimentalistas, sobre electrostática y electrodinámica y la inducción de corrientes. Estos tardaron bastante en ser llevados desde el crudo estado experimental a un sistema compacto, expresando la esencia real. Faraday no era un matemático competente,pero si lo hubiera sido, habría sido de gran ayuda en sus investigaciones, se habría ahorrado muchas especulaciones inútiles y habría anticipado muchos trabajos posteriores. Él, por ejemplo, conociendo la teoría de Ampere, por sus propios resultados habría sido fácilmente conducido a la teoría de Neumann, y al trabajo relacionado de Helmholtz y Thomson. Los estudios e investigaciones de Faraday se extendieron desde 1831 hasta 1855 y se puede encontrar una descripción detallada de sus experimentos, deducciones y especulaciones en sus artículos recopilados, titulados Experimental Researches in Electricity. Faraday era químico de profesión. No fue ni en lo más mínimo un matemático en el sentido ordinario; de hecho, es una cuestión si en todos sus escritos hay una sola fórmula matemática.

El experimento que condujo a Faraday al descubrimiento de la inducción electromagnética se realizó de la siguiente manera: construyó lo que ahora y entonces se denominó bobina de inducción, cuyos cables primario y secundario estaban enrollados en una bobina de madera, uno al lado del otro, y aislados de unos y otros. En el circuito del cable primario colocó una batería de aproximadamente 100 celdas. En el cable secundario insertó un galvanómetro. Al hacer su primera prueba no observó resultados, el galvanómetro permanecía inactivo, pero al aumentar la longitud de los alambres notó una deflexión del galvanómetro en el alambre secundario cuando el circuito del alambre primario estaba abierto y abierto. Este fue el primer caso observado del desarrollo de la fuerza electromotriz por inducción electromagnética.

También descubrió que las corrientes inducidas se establecen en un segundo circuito cerrado cuando la intensidad de la corriente varía en el primer cable, y que la dirección de la corriente en el circuito secundario es opuesta a la del primer circuito. También que se induce una corriente en un circuito secundario cuando otro circuito que lleva una corriente se mueve hacia y desde el primer circuito, y que la aproximación o retirada de un imán hacia o desde un circuito cerrado induce corrientes momentáneas en este último. En resumen, en el espacio de unos pocos meses, Faraday descubrió mediante experimentos prácticamente todas las leyes y hechos ahora conocidos sobre la inducción electromagnética y la inducción magnetoeléctrica. De estos descubrimientos, con escasas excepciones, depende el funcionamiento del teléfono, la máquina de dínamo,

En sus investigaciones sobre la manera peculiar en que las limaduras de hierro se colocan sobre un cartón o vidrio en las proximidades de los polos de un imán, Faraday concibió la idea de "líneas de fuerza" magnéticas que se extienden de polo a polo del imán y a lo largo de las cuales el las limaduras tienden a colocarse solas. Al hacerse el descubrimiento de que los efectos magnéticos acompañan el paso de una corriente eléctrica en un alambre, también se supuso que líneas de fuerza magnéticas similares giraban alrededor del alambre. Por conveniencia y para tener en cuenta la electricidad inducida, se supuso que cuando estas líneas de fuerza se " cortan"por un alambre al pasar a través de ellos o cuando las líneas de fuerza al subir y bajar cortan el alambre, se desarrolla una corriente eléctrica, o para ser más exactos, se desarrolla una fuerza electromotriz en el alambre que establece una corriente en un circuito cerrado Faraday avanzó lo que se ha denominado la teoría molecular de la electricidadlo cual supone que la electricidad es la manifestación de una condición peculiar de la molécula del cuerpo frotada o del éter que rodea al cuerpo. Faraday también, mediante experimentos, descubrió el paramagnetismo y el diamagnetismo, es decir, que todos los sólidos y líquidos son atraídos o repelidos por un imán. Por ejemplo, el hierro, el níquel, el cobalto, el manganeso, el cromo, etc., son paramagnéticos (atraídos por el magnetismo), mientras que otras sustancias, como el bismuto, el fósforo, el antimonio, el zinc, etc., son repelidas por el magnetismo o son diamagnéticas.

Brugans de Leyden en 1778 y Le Baillif y Becquerel en 1827 habían descubierto previamente el diamagnetismo en el caso del bismuto y el antimonio. Faraday también redescubrió la capacidad inductiva específica en 1837, los resultados de los experimentos de Cavendish no se habían publicado en ese momento. También predijo el retardo de las señales en cables submarinos largos debido al efecto inductivo del aislamiento del cable, en otras palabras, la capacidad estática del cable. En 1816, el pionero del telégrafo Francis Ronalds también había observado un retraso de la señal en sus líneas telegráficas enterradas, atribuyéndolo a la inducción.

Los 25 años inmediatamente posteriores a los descubrimientos de la inducción electromagnética de Faraday fueron fructíferos en la promulgación de leyes y hechos relacionados con las corrientes inducidas y el magnetismo. En 1834, Heinrich Lenz y Moritz von Jacobi demostraron de forma independiente el ahora familiar hecho de que las corrientes inducidas en una bobina son proporcionales al número de vueltas en la bobina. Lenz también anunció en ese momento su importante ley de que, en todos los casos de inducción electromagnética, las corrientes inducidas tienen una dirección tal que su reacción tiende a detener el movimiento que las produce, ley que quizás era deducible de la explicación de Faraday de las rotaciones de Arago.

La bobina de inducción fue diseñada por primera vez por Nicholas Callan en 1836. En 1845 Joseph Henry, el físico estadounidense, publicó un relato de sus valiosos e interesantes experimentos con corrientes inducidas de alto orden, mostrando que las corrientes podrían ser inducidas desde el secundario de una inducción. bobina al primario de una segunda bobina, de allí a su cable secundario, y así sucesivamente al primario de una tercera bobina, etc. de alambre de cobre para lograr una chispa de aproximadamente 2 pulgadas (50 mm) de longitud. En 1857, después de examinar una versión muy mejorada realizada por un inventor estadounidense, Edward Samuel Ritchie,Ruhmkorff mejoró su diseño (al igual que otros ingenieros), utilizando aislamiento de vidrio y otras innovaciones para permitir la producción de chispas de más de 300 milímetros (12 pulgadas) de largo.

Mediados del siglo XIX

La teoría electromagnética de la luz añade a la antigua teoría ondulatoria una enorme provincia de trascendente interés e importancia; exige de nosotros no sólo una explicación de todos los fenómenos de la luz y el calor radiante por vibraciones transversales de un sólido elástico llamado éter, sino también la inclusión de las corrientes eléctricas, del magnetismo permanente del acero y del imán, de la fuerza magnética y de fuerza electrostática, en una dinámica etérea integral".—  Señor Kelvin

Hasta mediados del siglo XIX, de hecho hasta alrededor de 1870, la ciencia eléctrica era, se puede decir, un libro cerrado para la mayoría de los electricistas. Antes de esta época, se habían publicado varios manuales sobre electricidad y magnetismo, en particular el exhaustivo " Tratado sobre electricidad " de Auguste de La Rive, en 1851 (francés) y 1853 (inglés); Einleitung in die Elektrostatik de August Beer, die Lehre vom Magnetismus und die Elektrodynamik, ' Galvanismus ' de Wiedemann y ' Reibungsal-elektricitat ' de Reiss.' Pero estos trabajos consistieron principalmente en detalles de experimentos con electricidad y magnetismo, y muy poco con las leyes y hechos de esos fenómenos. Henry d'Abria publicó los resultados de algunas investigaciones sobre las leyes de las corrientes inducidas, pero debido a la complejidad de la investigación no produjo resultados muy notables. A mediados del siglo XIX, se publicaron el trabajo de Fleeming Jenkin sobre electricidad y magnetismo y el Tratado sobre electricidad y magnetismo de Clerk Maxwell.

Estos libros fueron desviaciones del camino trillado. Como afirma Jenkin en el prefacio de su obra, la ciencia de las escuelas era tan diferente de la del electricista práctico que era casi imposible dar a los estudiantes suficientes libros de texto, o incluso aproximadamente suficientes. Un estudiante, dijo, podría haber dominado el extenso y valioso tratado de De la Rive y, sin embargo, sentirse como si estuviera en un país desconocido y escuchando una lengua desconocida en compañía de hombres prácticos. Como ha dicho otro escritor, con la llegada de los libros de Jenkin y Maxwell se eliminaron todos los impedimentos en el camino de los estudiantes de electricidad, "el significado completo de la ley de Ohm se aclara; la fuerza electromotriz, la diferencia de potencial, la resistencia, la corriente, la capacidad, las líneas de fuerza, la magnetización y la afinidad química eran medibles, y podían razonarse sobre ellas, y podían hacerse cálculos sobre ellas con tanta certeza como los cálculos en dinámica ”.

Hacia 1850, Kirchhoff publicó sus leyes relativas a los circuitos ramificados o divididos. También demostró matemáticamente que, de acuerdo con la teoría electrodinámica predominante en ese momento, la electricidad se propagaría a lo largo de un cable perfectamente conductor con la velocidad de la luz. Helmholtz investigó matemáticamente los efectos de la inducción sobre la fuerza de una corriente y dedujo de ahí ecuaciones, que el experimento confirmó, mostrando entre otros puntos importantes el efecto retardador de la autoinducción bajo ciertas condiciones del circuito.

En 1853, Sir William Thomson (luego Lord Kelvin) predijo como resultado de cálculos matemáticos la naturaleza oscilatoria de la descarga eléctrica de un circuito condensador. Sin embargo, a Henry le corresponde el mérito de discernir, como resultado de sus experimentos en 1842, la naturaleza oscilatoria de la descarga de la botella de Leyden. Escribió: Los fenómenos requieren que admitamos la existencia de una descarga principal en una dirección, y luego varias acciones reflejas hacia adelante y hacia atrás, cada una más débil que la anterior, hasta que se obtiene el equilibrio. Estas oscilaciones fueron observadas posteriormente por BW Feddersen (1857) quien utilizando un espejo cóncavo giratorio proyectó una imagen de la chispa eléctrica sobre una placa sensible, obteniendo así una fotografía de la chispa que indicaba claramente la naturaleza alterna de la descarga. Sir William Thomson fue también el descubridor de la convección eléctrica del calor (el efecto "Thomson"). Diseñó para medidas eléctricas de precisión sus electrómetros de cuadrante y absolutos. A él también se deben el galvanómetro reflector y el registrador de sifón aplicado a la señalización de cables submarinos.

Alrededor de 1876, el físico estadounidense Henry Augustus Rowland de Baltimore demostró el importante hecho de que una carga estática transportada produce los mismos efectos magnéticos que una corriente eléctrica. La importancia de este descubrimiento consiste en que puede proporcionar una teoría plausible del magnetismo, a saber, que el magnetismo puede ser el resultado del movimiento dirigido de filas de moléculas que llevan cargas estáticas.

Después del descubrimiento de Faraday de que las corrientes eléctricas podían desarrollarse en un cable haciendo que cortara las líneas de fuerza de un imán, era de esperar que se hicieran intentos para construir máquinas que aprovecharan este hecho en el desarrollo de corrientes voltaicas..La primera máquina de este tipo se debió a Hippolyte Pixii, 1832. Consistía en dos bobinas de alambre de hierro, frente a las cuales se hacía girar los polos de un imán de herradura. Como este producía en las bobinas del alambre una corriente alterna, Pixii dispuso un dispositivo conmutador (conmutador) que convertía la corriente alterna de las bobinas o armadura en corriente continua en el circuito externo. A esta máquina le siguieron formas mejoradas de máquinas magnetoeléctricas gracias a Edward Samuel Ritchie, Joseph Saxton, Edward M. Clarke 1834, Emil Stohrer 1843, Floris Nollet 1849, Shepperd 1856, Van Maldern, Werner von Siemens, Henry Wilde y otros.

Un avance notable en el arte de la construcción de dínamo fue hecho por Samuel Alfred Varley en 1866 y por Siemens y Charles Wheatstone,quien descubrió de forma independiente que cuando una bobina de alambre, o armadura, de la máquina de dínamo gira entre los polos (o en el "campo") de un electroimán, se establece una corriente débil en la bobina debido al magnetismo residual en el hierro del electroimán, y que si el circuito de la armadura se conecta con el circuito del electroimán, la corriente débil desarrollada en la armadura aumenta el magnetismo en el campo. Esto aumenta aún más las líneas de fuerza magnéticas en las que gira la armadura, lo que aumenta aún más la corriente en el electroimán, produciendo así un aumento correspondiente en el campo magnético, y así sucesivamente, hasta la fuerza electromotriz máxima que la máquina es capaz de desarrollar. es alcanzado. Por medio de este principio, la máquina dínamo desarrolla su propio campo magnético, aumentando así mucho su eficiencia y operación económica. Sin embargo, de ninguna manera se perfeccionó la máquina eléctrica de dinamo en el momento mencionado.

En 1860, el Dr. Antonio Pacinotti de Pisa había realizado una importante mejora al diseñar la primera máquina eléctrica con armadura anular. Esta máquina se utilizó primero como motor eléctrico, pero luego como generador de electricidad. El descubrimiento del principio de la reversibilidad de la máquina dínamo eléctrica (atribuido de diversas formas a Walenn 1860; Pacinotti 1864; Fontaine, Gramme 1873; Deprez 1881 y otros) por el cual puede usarse como motor eléctrico o como generador de electricidad ha ha sido calificado como uno de los mayores descubrimientos del siglo XIX.

En 1872, Hefner-Alteneck ideó la armadura del tambor. Esta máquina en una forma modificada se conoció posteriormente como la dinamo de Siemens. Estas máquinas fueron seguidas actualmente por Schuckert, Gulcher, Fein, Brush, Hochhausen, Edison y las máquinas de dinamo de muchos otros inventores. En los primeros días de la construcción de máquinas de dínamo, las máquinas se disponían principalmente como generadores de corriente continua, y quizás la aplicación más importante de tales máquinas en ese momento era la galvanoplastia, para lo cual se empleaban máquinas de bajo voltaje y gran intensidad de corriente.

A partir de 1887 se generalizó la operación de los generadores de corriente alterna y el desarrollo comercial del transformador, mediante el cual se transforman corrientes de baja tensión y alta intensidad en corrientes de alta tensión y baja intensidad, y viceversa, con el tiempo revolucionó la transmisión de energía eléctrica a largas distancias. Asimismo, la introducción del convertidor rotatorio (en conexión con el transformador "reductor") que convierte las corrientes alternas en corrientes continuas (y viceversa) ha producido grandes economías en la operación de los sistemas de energía eléctrica.

Antes de la introducción de las máquinas eléctricas de dinamo, las baterías voltaicas o primarias se usaban mucho para la galvanoplastia y la telegrafía. Hay dos tipos distintos de celdas voltaicas, a saber, el tipo "abierto" y el "cerrado" o "constante". El tipo abierto, en resumen, es aquel tipo que operado en circuito cerrado se vuelve, después de un corto tiempo, polarizado; es decir, en la celda se liberan gases que se depositan en la placa negativa y establecen una resistencia que reduce la intensidad de la corriente. Después de un breve intervalo de circuito abierto, estos gases se eliminan o absorben y la celda vuelve a estar lista para funcionar. Las celdas de circuito cerrado son aquellas en las que los gases de las celdas se absorben tan rápidamente como se liberan y, por lo tanto, la salida de la celda es prácticamente uniforme. Las celdas de Leclanché y Daniell, respectivamente, son ejemplos familiares del tipo de celda voltaica "abierta" y "cerrada". Las baterías del tipo Daniell o de "gravedad" se empleaban casi en general en los Estados Unidos y Canadá como fuente de fuerza electromotriz en la telegrafía antes de que la máquina de dínamo estuviera disponible.

A fines del siglo XIX, el término éter luminífero, que significa éter portador de luz, era un medio conjeturado para la propagación de la luz. La palabra éter proviene del latín del griego αιθήρ, de una raíz que significa encender, quemar o brillar. Significa la sustancia que en la antigüedad se pensaba que llenaba las regiones superiores del espacio, más allá de las nubes.

Maxwell

En 1864, James Clerk Maxwell de Edimburgo anunció su teoría electromagnética de la luz, que fue quizás el mayor paso en el conocimiento mundial de la electricidad. Maxwell había estudiado y comentado sobre el campo de la electricidad y el magnetismo ya en 1855/6 cuando las líneas de fuerza de On Faraday se leyeron en la Sociedad Filosófica de Cambridge. El documento presentaba un modelo simplificado del trabajo de Faraday y cómo se relacionaban los dos fenómenos. Redujo todo el conocimiento actual a un conjunto vinculado de ecuaciones diferenciales con 20 ecuaciones en 20 variables. Este trabajo se publicó más tarde como On Physical Lines of Force en marzo de 1861.Para determinar la fuerza que actúa sobre cualquier parte de la máquina, debemos encontrar su cantidad de movimiento y luego calcular la velocidad a la que cambia esta cantidad de movimiento. Esta tasa de cambio nos dará la fuerza. El método de cálculo que es necesario emplear fue dado por primera vez por Lagrange y luego desarrollado, con algunas modificaciones, por las ecuaciones de Hamilton. Por lo general, se lo conoce como el principio de Hamilton; cuando se utilizan las ecuaciones en su forma original, se conocen como ecuaciones de Lagrange. Ahora Maxwell mostró lógicamente cómo estos métodos de cálculo podrían aplicarse al campo electromagnético. La energía de un sistema dinámico es en parte cinética, en parte potencial. Maxwell supone que la energía magnética del campo es energía cinética, la energía eléctrica potencial.

Alrededor de 1862, mientras daba una conferencia en el King's College, Maxwell calculó que la velocidad de propagación de un campo electromagnético es aproximadamente la velocidad de la luz. Consideró que esto era más que una simple coincidencia y comentó: " Apenas podemos evitar la conclusión de que la luz consiste en las ondulaciones transversales del mismo medio que es la causa de los fenómenos eléctricos y magnéticos ".

Trabajando más en el problema, Maxwell demostró que las ecuaciones predicen la existencia de ondas de campos eléctricos y magnéticos oscilantes que viajan a través del espacio vacío a una velocidad que podría predecirse a partir de experimentos eléctricos simples; utilizando los datos disponibles en ese momento, Maxwell obtuvo una velocidad de 310 740 000 m/s. En su artículo de 1864 Una teoría dinámica del campo electromagnético, Maxwell escribió: La concordancia de los resultados parece mostrar que la luz y el magnetismo son afecciones de la misma sustancia, y que la luz es una perturbación electromagnética que se propaga a través del campo de acuerdo con las leyes electromagnéticas.

Como ya se señaló aquí, Faraday, y antes que él, Ampère y otros, tuvieron indicios de que el éter luminífero del espacio también era el medio para la acción eléctrica. Se sabía por cálculo y experimentación que la velocidad de la electricidad era de aproximadamente 186 000 millas por segundo; es decir, igual a la velocidad de la luz, lo que en sí mismo sugiere la idea de una relación entre -electricidad y "luz". Varios de los primeros filósofos o matemáticos, como los llama Maxwell, del siglo XIX, sostuvieron la opinión de que los fenómenos electromagnéticos eran explicables por la acción a distancia. Maxwell, siguiendo a Faraday, sostuvo que el asiento de los fenómenos estaba en el medio. Los métodos de los matemáticos para llegar a sus resultados fueron sintéticos, mientras que los métodos de Faraday fueron analíticos. Faraday en su mente' El ojo de s vio líneas de fuerza atravesando todo el espacio donde los matemáticos vieron centros de fuerza atrayéndose a distancia. Faraday buscó el asiento de los fenómenos en las acciones reales que se desarrollan en el medio; estaban satisfechos de haberlo encontrado en un poder de acción a distancia sobre los fluidos eléctricos.

Ambos métodos, como señala Maxwell, habían tenido éxito en explicar la propagación de la luz como un fenómeno electromagnético mientras que al mismo tiempo las concepciones fundamentales de cuáles son las cantidades en cuestión, diferían radicalmente. Los matemáticos asumieron que los aisladores eran barreras para las corrientes eléctricas; que, por ejemplo, en una botella de Leyden o en un condensador eléctrico, la electricidad se acumulaba en una placa y que, por alguna acción oculta a distancia, se atraía electricidad de tipo opuesto a la otra placa.

Maxwell, mirando más allá de Faraday, razonó que si la luz es un fenómeno electromagnético y es transmisible a través de dieléctricos como el vidrio, el fenómeno debe ser de la naturaleza de las corrientes electromagnéticas en los dieléctricos. Por lo tanto, sostuvo que en la carga de un condensador, por ejemplo, la acción no se detuvo en el aislador, sino que se establecieron algunas corrientes de "desplazamiento" en el medio aislante, corrientes que continúan hasta que la fuerza de resistencia del medio es igual a esa. de la fuerza de carga. En un circuito de conductor cerrado, una corriente eléctrica es también un desplazamiento de electricidad.

El conductor ofrece una cierta resistencia, similar a la fricción, al desplazamiento de la electricidad, y el calor se desarrolla en el conductor, proporcional al cuadrado de la corriente (como ya se dijo aquí), corriente que fluye mientras la fuerza eléctrica impulsora continúa.. Esta resistencia puede compararse con la que encuentra un barco cuando se desplaza en el agua en su avance. La resistencia del dieléctrico es de naturaleza diferente y ha sido comparada con la compresión de multitud de resortes, los cuales, bajo compresión, ceden con una contrapresión creciente, hasta un punto donde la contrapresión total es igual a la presión inicial. Cuando se retira la presión inicial, la energía gastada en comprimir los "muelles" se devuelve al circuito, al mismo tiempo que los resortes vuelven a su estado original. produciendo esto una reacción en sentido contrario. En consecuencia, la corriente debida al desplazamiento de la electricidad en un conductor puede ser continua, mientras que las corrientes de desplazamiento en un dieléctrico son momentáneas y, en un circuito o medio que contiene poca resistencia en comparación con la capacidad o la reacción de la inductancia, las corrientes de descarga son de naturaleza oscilatoria o alterna.

Maxwell extendió esta visión de las corrientes de desplazamiento en los dieléctricos al éter del espacio libre. Suponiendo que la luz sea la manifestación de alteraciones de las corrientes eléctricas en el éter, y vibrando a la velocidad de las vibraciones de la luz, estas vibraciones por inducción establecen vibraciones correspondientes en porciones adyacentes del éter, y de esta manera las ondulaciones correspondientes a las de la luz se propagan como un efecto electromagnético en el éter. La teoría electromagnética de la luz de Maxwell implicaba obviamente la existencia de ondas eléctricas en el espacio libre, y sus seguidores se propusieron la tarea de demostrar experimentalmente la verdad de la teoría. En 1871, presentó las Observaciones sobre la clasificación matemática de las cantidades físicas.

Finales del siglo XIX

En 1887, el físico alemán Heinrich Hertz en una serie de experimentos demostró la existencia real de ondas electromagnéticas, demostrando que las ondas electromagnéticas transversales en el espacio libre pueden viajar cierta distancia como predijeron Maxwell y Faraday. Hertz publicó su trabajo en un libro titulado: Ondas eléctricas: siendo investigaciones sobre la propagación de la acción eléctrica con velocidad finita a través del espacio. El descubrimiento de las ondas electromagnéticas en el espacio condujo al desarrollo de la radio en los últimos años del siglo XIX.

El electrón como unidad de carga en electroquímica fue postulado por G. Johnstone Stoney en 1874, quien también acuñó el término electrón en 1894. El plasma se identificó por primera vez en un tubo de Crookes, y así lo describió Sir William Crookes en 1879 (lo llamó "materia radiante"). No se debe pasar por alto el lugar de la electricidad en el descubrimiento de esos hermosos fenómenos del tubo de Crookes (debido a Sir William Crookes), a saber, los rayos catódicos, y más tarde al descubrimiento de Roentgen o rayos X, ya que sin la electricidad como excitante del tubo, el descubrimiento de los rayos podría haberse pospuesto indefinidamente. Se ha señalado aquí que el Dr. William Gilbert fue denominado el fundador de la ciencia eléctrica. Esto debe, sin embargo, ser considerado como una declaración comparativa.

Oliver Heaviside fue un erudito autodidacta que reformuló las ecuaciones de campo de Maxwell en términos de fuerzas eléctricas y magnéticas y flujo de energía, y coformuló de forma independiente el análisis vectorial.

A fines de la década de 1890, varios físicos propusieron que la electricidad, tal como se observa en los estudios de conducción eléctrica en conductores, electrolitos y tubos de rayos catódicos, consistía en unidades discretas, a las que se les dio una variedad de nombres, pero la realidad de estas unidades no había sido definida. ha sido confirmado de una manera convincente. Sin embargo, también hubo indicios de que los rayos catódicos tenían propiedades ondulatorias.

Faraday, Weber, Helmholtz, Clifford y otros vislumbraron este punto de vista; y los trabajos experimentales de Zeeman, Goldstein, Crookes, JJ Thomson y otros habían fortalecido mucho este punto de vista. Weber predijo que los fenómenos eléctricos se debían a la existencia de átomos eléctricos, cuya influencia mutua dependía de su posición y aceleraciones y velocidades relativas. Helmholtz y otros también sostuvieron que la existencia de átomos eléctricos se derivaba de las leyes de electrólisis de Faraday, y Johnstone Stoney, a quien se debe el término "electrón", demostró que cada ion químico del electrolito descompuesto transporta una cantidad definida y constante de electricidad. y en la medida en que estos iones cargados se separan en los electrodos como sustancias neutras, debe haber un instante, por breve que sea, cuando las cargas deben ser capaces de existir separadamente como átomos eléctricos; mientras que en 1887, Clifford escribió: "Hay una gran razón para creer que cada átomo material lleva consigo una pequeña corriente eléctrica, si no consiste totalmente en esta corriente".

En 1896, JJ Thomson realizó experimentos que indicaban que los rayos catódicos eran realmente partículas, encontró un valor exacto para su relación carga-masa e/m y descubrió que e/m era independiente del material del cátodo. Hizo buenas estimaciones tanto de la carga e como de la masa m, encontrando que las partículas de rayos catódicos, a las que llamó "corpúsculos", tenían quizás una milésima parte de la masa del ion menos masivo conocido (hidrógeno). Mostró además que las partículas cargadas negativamente producidas por materiales radiactivos, materiales calentados y materiales iluminados eran universales. La naturaleza de la materia de "rayos catódicos" del tubo de Crookes fue identificada por Thomson en 1897.

A fines del siglo XIX, Albert A. Michelson y Edward W. Morley realizaron el experimento de Michelson-Morley en lo que ahora es la Universidad Case Western Reserve. Generalmente se considera que es la evidencia contra la teoría de un éter luminífero. También se ha hecho referencia al experimento como "el punto de partida de los aspectos teóricos de la Segunda Revolución Científica". Principalmente por este trabajo, Michelson recibió el Premio Nobel en 1907. Dayton Miller continuó con los experimentos, realizó miles de mediciones y finalmente desarrolló el interferómetro más preciso del mundo en ese momento. Miller y otros, como Morley, continúan con las observaciones y experimentos relacionados con los conceptos.Una variedad de teorías propuestas sobre el arrastre del éter podrían explicar el resultado nulo, pero estas eran más complejas y tendían a usar coeficientes y suposiciones físicas de aspecto arbitrario.

A fines del siglo XIX, los ingenieros eléctricos se habían convertido en una profesión distinta, separada de los físicos y los inventores. Crearon empresas que investigaron, desarrollaron y perfeccionaron las técnicas de transmisión de electricidad y obtuvieron el apoyo de gobiernos de todo el mundo para iniciar la primera red mundial de telecomunicaciones eléctricas, la red telegráfica. Los pioneros en este campo incluyeron a Werner von Siemens, fundador de Siemens AG en 1847, y John Pender, fundador de Cable & Wireless.

William Stanley hizo la primera demostración pública de un transformador que permitió la entrega comercial de corriente alterna en 1886. Un electricista británico, JEH Gordon, construyó grandes generadores de corriente alterna de dos fases en 1882. Lord Kelvin y Sebastian Ferranti también desarrollaron los primeros alternadores, produciendo frecuencias entre 100 y 300 hercios. Después de 1891, se introdujeron los alternadores polifásicos para suministrar corrientes de múltiples fases diferentes. Los alternadores posteriores se diseñaron para variar las frecuencias de corriente alterna entre dieciséis y aproximadamente cien hercios, para usar con iluminación de arco, iluminación incandescente y motores eléctricos.

La posibilidad de obtener corriente eléctrica en grandes cantidades y de forma económica mediante máquinas eléctricas de dinamo impulsó el desarrollo de la iluminación incandescente y de arco. Hasta que estas máquinas alcanzaron una base comercial, las baterías voltaicas eran la única fuente de corriente disponible para iluminación y energía eléctrica. Sin embargo, el costo de estas baterías y las dificultades para mantenerlas en un funcionamiento confiable prohibieron su uso con fines prácticos de iluminación. La fecha del empleo de las lámparas de arco e incandescentes se puede establecer alrededor de 1877.

Incluso en 1880, sin embargo, se había avanzado poco hacia el uso general de estos iluminantes; el rápido crecimiento subsiguiente de esta industria es una cuestión de conocimiento general. El empleo de baterías de almacenamiento, que originalmente se denominaron baterías secundarias o acumuladores, comenzó alrededor de 1879. Estas baterías ahora se utilizan en gran escala como auxiliares de la máquina de dínamo en centrales eléctricas y subestaciones, en automóviles eléctricos y en cantidades inmensas en sistemas de encendido y arranque de automóviles, también en telegrafía de alarma contra incendios y otros sistemas de señales.

Para la Exposición Internacional Colombina Mundial de 1893 en Chicago, General Electric propuso alimentar toda la feria con corriente continua. Westinghouse socavó ligeramente la oferta de GE y utilizó la feria para presentar su sistema basado en corriente alterna, mostrando cómo su sistema podría alimentar motores polifásicos y todas las demás exhibiciones de CA y CC en la feria.

Segunda Revolución Industrial

La Segunda Revolución Industrial, también conocida como Revolución Tecnológica, fue una fase de rápida industrialización en el último tercio del siglo XIX y principios del XX. Junto con la expansión de los ferrocarriles, la producción de hierro y acero, el uso generalizado de maquinaria en la fabricación, un uso mucho mayor de la energía de vapor y el petróleo, el período vio una expansión en el uso de la electricidad y la adaptación de la teoría electromagnética en el desarrollo de diversas tecnologías.

La década de 1880 vio la expansión de los sistemas de energía eléctrica comerciales a gran escala, que se utilizaron primero para iluminación y, finalmente, para energía eléctrica y calefacción. Al principio, los sistemas usaban corriente alterna y corriente continua. La generación de energía centralizada a gran escala se hizo posible cuando se reconoció que las líneas eléctricas de corriente alterna podían usar transformadores para aprovechar el hecho de que cada duplicación del voltaje permitiría que el mismo tamaño de cable transmitiera la misma cantidad de energía cuatro veces la distancia. Se utilizaron transformadores para elevar el voltaje en el punto de generación (un número representativo es un voltaje del generador en el rango de kilovoltios bajos) a un voltaje mucho más alto (de decenas de miles a varios cientos de miles de voltios) para la transmisión primaria, seguido de varias transformaciones descendentes, para uso doméstico comercial y residencial.Entre 1885 y 1890 se desarrollaron corrientes polifásicas combinadas con inducción electromagnética y prácticos motores de inducción de CA.

La Exposición Electrotécnica Internacional de 1891 que presenta la transmisión a larga distancia de corriente eléctrica trifásica de alta potencia. Se llevó a cabo entre el 16 de mayo y el 19 de octubre en el sitio en desuso de las tres antiguas "Westbahnhöfe" (estaciones de tren occidentales) en Frankfurt am Main. La exposición presentó la primera transmisión a larga distancia de corriente eléctrica trifásica de alta potencia, que se generó a 175 km de distancia en Lauffen am Neckar. Como resultado de esta exitosa prueba de campo, se estableció la corriente trifásica para las redes de transmisión eléctrica en todo el mundo.

Mucho se hizo en la dirección de la mejora de las instalaciones de las terminales ferroviarias, y es difícil encontrar un ingeniero de ferrocarriles a vapor que hubiera negado que todos los ferrocarriles a vapor importantes de este país no iban a ser operados eléctricamente. En otras direcciones, se esperaba que el progreso de los acontecimientos en cuanto a la utilización de la energía eléctrica fuera igualmente rápido. En todas partes del mundo, el poder del agua que cae, la máquina de movimiento perpetuo de la naturaleza, que se ha estado desperdiciando desde que el mundo comenzó, ahora se convierte en electricidad y se transmite por cable a cientos de millas a puntos donde se emplea de manera útil y económica..

El primer molino de viento para la producción de electricidad fue construido en Escocia en julio de 1887 por el ingeniero eléctrico escocés James Blyth. Al otro lado del Atlántico, en Cleveland, Ohio, una máquina más grande y de gran ingeniería fue diseñada y construida en 1887-1888 por Charles F. Brush, construida por su empresa de ingeniería en su casa y operada desde 1886 hasta 1900.La turbina eólica Brush tenía un rotor de 56 pies (17 m) de diámetro y estaba montada en una torre de 60 pies (18 m). Aunque grande para los estándares actuales, la máquina solo tenía una potencia nominal de 12 kW; giraba con relativa lentitud ya que tenía 144 palas. La dínamo conectada se usó para cargar un banco de baterías o para hacer funcionar hasta 100 bombillas incandescentes, tres lámparas de arco y varios motores en el laboratorio de Brush. La máquina cayó en desuso después de 1900 cuando la electricidad estuvo disponible en las estaciones centrales de Cleveland y fue abandonada en 1908.

Siglo 20

Varias unidades de electricidad y magnetismo han sido adoptadas y nombradas por representantes de los institutos de ingeniería eléctrica del mundo, cuyas unidades y nombres han sido confirmados y legalizados por los gobiernos de los Estados Unidos y otros países. Así se ha adoptado el voltio, del italiano Volta, como unidad práctica de fuerza electromotriz, el ohm, del enunciador de la ley de Ohm, como unidad práctica de resistencia; el amperio, en honor al eminente científico francés del mismo nombre, como unidad práctica de intensidad de corriente, el henry como unidad práctica de inductancia, en honor a Joseph Henry y en reconocimiento a su temprano e importante trabajo experimental en inducción mutua.

Dewar y John Ambrose Fleming predijeron que en el cero absoluto, los metales puros se convertirían en conductores electromagnéticos perfectos (aunque, más tarde, Dewar cambió su opinión sobre la desaparición de la resistencia creyendo que siempre habría algo de resistencia). Walther Hermann Nernst desarrolló la tercera ley de la termodinámica y afirmó que el cero absoluto era inalcanzable. Carl von Linde y William Hampson, ambos investigadores comerciales, solicitaron patentes casi al mismo tiempo sobre el efecto Joule-Thomson. La patente de Linde fue el clímax de 20 años de investigación sistemática de hechos establecidos, utilizando un método de contraflujo regenerativo. El diseño de Hampson también fue de un método regenerativo. El proceso combinado se conoció como el proceso de licuefacción de Linde-Hampson. Heike Kamerlingh Onnes compró una máquina Linde para su investigación. Zygmunt Florenty Wróblewski realizó una investigación sobre las propiedades eléctricas a bajas temperaturas, aunque su investigación terminó antes de tiempo debido a su muerte accidental. Alrededor de 1864, Karol Olszewski y Wroblewski predijeron el fenómeno eléctrico de la caída de los niveles de resistencia a temperaturas muy frías. Olszewski y Wroblewski documentaron evidencia de esto en la década de 1880. Se logró un hito el 10 de julio de 1908 cuando Onnes en la Universidad de Leiden en Leiden produjo, por primera vez, helio licuado y logró la superconductividad. Olszewski y Wroblewski documentaron evidencia de esto en la década de 1880. Se logró un hito el 10 de julio de 1908 cuando Onnes en la Universidad de Leiden en Leiden produjo, por primera vez, helio licuado y logró la superconductividad. Olszewski y Wroblewski documentaron evidencia de esto en la década de 1880. Se logró un hito el 10 de julio de 1908 cuando Onnes en la Universidad de Leiden en Leiden produjo, por primera vez, helio licuado y logró la superconductividad.

En 1900, William Du Bois Duddell desarrolló el Arco Singing y produjo sonidos melódicos, desde un tono bajo hasta un tono alto, desde esta lámpara de arco.

Lorentz and Poincaré

Entre 1900 y 1910, muchos científicos como Wilhelm Wien, Max Abraham, Hermann Minkowski o Gustav Mie creían que todas las fuerzas de la naturaleza son de origen electromagnético (la llamada "visión electromagnética del mundo"). Esto estaba relacionado con la teoría del electrón desarrollada entre 1892 y 1904 por Hendrik Lorentz. Lorentz introdujo una separación estricta entre la materia (electrones) y el éter, por lo que en su modelo el éter está completamente inmóvil y no se pondrá en movimiento en la vecindad de la materia ponderable. Al contrario de otros modelos de electrones anteriores, el campo electromagnético del éter aparece como un mediador entre los electrones, y los cambios en este campo no pueden propagarse más rápido que la velocidad de la luz.

En 1896, tres años después de presentar su tesis sobre el efecto Kerr, Pieter Zeeman desobedeció las órdenes directas de su supervisor y utilizó equipo de laboratorio para medir el desdoblamiento de líneas espectrales por un fuerte campo magnético. Lorentz explicó teóricamente el efecto Zeeman sobre la base de su teoría, por la que ambos recibieron el Premio Nobel de Física en 1902. Un concepto fundamental de la teoría de Lorentz en 1895 fue el "teorema de los estados correspondientes" para términos de orden v/c. Este teorema establece que un observador en movimiento (en relación con el éter) hace las mismas observaciones que un observador en reposo. Este teorema fue extendido para los términos de todos los órdenes por Lorentz en 1904. Lorentz notó, que era necesario cambiar las variables del espacio-tiempo al cambiar marcos e introdujo conceptos como la contracción física de la longitud (1892) para explicar el experimento de Michelson-Morley, y el concepto matemático de tiempo local (1895) para explicar la aberración de la luz y la Experimento de Fizeau. Eso resultó en la formulación de la llamada transformación de Lorentz por parte de Joseph Larmor (1897, 1900) y Lorentz (1899, 1904).Como Lorentz señaló más tarde (1921, 1928), consideró el tiempo indicado por los relojes que descansan en el éter como el tiempo "verdadero", mientras que él vio el tiempo local como una hipótesis de trabajo heurística y un artificio matemático. Por lo tanto, los historiadores modernos ven el teorema de Lorentz como una transformación matemática de un sistema "real" que descansa en el éter en un sistema "ficticio" en movimiento.

Continuando el trabajo de Lorentz, Henri Poincaré entre 1895 y 1905 formuló en muchas ocasiones el principio de la relatividad y trató de armonizarlo con la electrodinámica. Declaró la simultaneidad sólo como una convención conveniente que depende de la velocidad de la luz, por lo que la constancia de la velocidad de la luz sería un postulado útil para simplificar al máximo las leyes de la naturaleza. En 1900 interpretó la hora local de Lorentz como el resultado de la sincronización del reloj mediante señales luminosas e introdujo el momento electromagnético comparando la energía electromagnética con lo que llamó un "fluido ficticio" de masa.. Y finalmente, en junio y julio de 1905, declaró el principio de relatividad como ley general de la naturaleza, incluida la gravitación. Corrigió algunos errores de Lorentz y demostró la covarianza de Lorentz de las ecuaciones electromagnéticas. Poincaré también sugirió que existen fuerzas no eléctricas para estabilizar la configuración electrónica y afirmó que la gravitación también es una fuerza no eléctrica, contrariamente a la visión electromagnética del mundo. Sin embargo, los historiadores señalaron que todavía usaba la noción de éter y distinguía entre tiempo "aparente" y "real" y, por lo tanto, no inventó la relatividad especial en su comprensión moderna.

El año maravilloso de Einstein

En 1905, mientras trabajaba en la oficina de patentes, Albert Einstein publicó cuatro artículos en Annalen der Physik, la principal revista de física alemana. Estos son los papeles que la historia ha venido a llamar los papeles Annus Mirabilis:

• Su artículo sobre la naturaleza de las partículas de la luz planteó la idea de que ciertos resultados experimentales, en particular el efecto fotoeléctrico, podrían entenderse simplemente a partir del postulado de que la luz interactúa con la materia como "paquetes" discretos (cuantos) de energía, una idea que había sido introducido por Max Planck en 1900 como una manipulación puramente matemática, y que parecía contradecir las teorías ondulatorias contemporáneas de la luz (Einstein 1905a). Esta fue la única obra de Einstein que él mismo llamó "revolucionaria".
• Su artículo sobre el movimiento browniano explicó el movimiento aleatorio de objetos muy pequeños como evidencia directa de la acción molecular, apoyando así la teoría atómica. (Einstein 1905b)
• Su artículo sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento introdujo la teoría radical de la relatividad especial, que mostró que la independencia observada de la velocidad de la luz en el estado de movimiento del observador requería cambios fundamentales en la noción de simultaneidad. Las consecuencias de esto incluyen el marco espacio-temporal de un cuerpo en movimiento que se desacelera y se contrae (en la dirección del movimiento) en relación con el marco del observador. Este documento también argumentó que la idea de un éter luminífero, una de las principales entidades teóricas de la física en ese momento, era superflua. (Einstein 1905c)
• En su artículo sobre la equivalencia masa-energía (anteriormente considerados conceptos distintos), Einstein dedujo de sus ecuaciones de la relatividad especial lo que más tarde se convertiría en la conocida expresión: , lo que sugiere que pequeñas cantidades de masa podrían convertirse en enormes cantidades de energía. (Einstein 1905d)

Los cuatro artículos se reconocen hoy como grandes logros y, por lo tanto, 1905 se conoce como el "Año maravilloso" de Einstein. En ese momento, sin embargo, la mayoría de los físicos no los notaron como importantes, y muchos de los que los notaron los rechazaron por completo. Parte de este trabajo, como la teoría de los cuantos de luz, siguió siendo controvertido durante años.

Mediados del siglo XX

La primera formulación de una teoría cuántica que describe la interacción entre la radiación y la materia se debe a Paul Dirac, quien, durante 1920, pudo calcular por primera vez el coeficiente de emisión espontánea de un átomo. Paul Dirac describió la cuantización del campo electromagnético como un conjunto de osciladores armónicos con la introducción del concepto de operadores de creación y aniquilación de partículas. En los años siguientes, con las contribuciones de Wolfgang Pauli, Eugene Wigner, Pascual Jordan, Werner Heisenberg y una elegante formulación de la electrodinámica cuántica de Enrico Fermi, los físicos llegaron a creer que, en principio, sería posible realizar cualquier cálculo para cualquier proceso físico que involucra fotones y partículas cargadas. Sin embargo, estudios posteriores de Felix Bloch con Arnold Nordsieck,y Victor Weisskopf, en 1937 y 1939, revelaron que tales cálculos eran confiables solo en un primer orden de la teoría de la perturbación, un problema ya señalado por Robert Oppenheimer. En los órdenes superiores de la serie surgieron infinitos, lo que hizo que tales cálculos no tuvieran sentido y arrojó serias dudas sobre la consistencia interna de la teoría misma. Sin una solución conocida para este problema en ese momento, parecía que existía una incompatibilidad fundamental entre la relatividad especial y la mecánica cuántica.

En diciembre de 1938, los químicos alemanes Otto Hahn y Fritz Strassmann enviaron un manuscrito a Naturwissenschaften informando que habían detectado el elemento bario después de bombardear uranio con neutrones; simultáneamente, comunicaron estos resultados a Lise Meitner. Meitner y su sobrino Otto Robert Frisch interpretaron correctamente estos resultados como fisión nuclear. Frisch lo confirmó experimentalmente el 13 de enero de 1939. En 1944, Hahn recibió el Premio Nobel de Química por el descubrimiento de la fisión nuclear. Algunos historiadores que han documentado la historia del descubrimiento de la fisión nuclear creen que Meitner debería haber recibido el Premio Nobel con Hahn.

Las dificultades con la teoría cuántica aumentaron hasta fines de 1940. Las mejoras en la tecnología de microondas hicieron posible tomar medidas más precisas del cambio de los niveles de un átomo de hidrógeno, ahora conocido como el cambio Lamb y el momento magnético del electrón. Estos experimentos expusieron inequívocamente discrepancias que la teoría no pudo explicar. Con la invención de las cámaras de burbujas y las cámaras de chispas en la década de 1950, la física experimental de partículas descubrió un número cada vez mayor de partículas llamadas hadrones. Parecía que un número tan grande de partículas no podía ser todas fundamentales.

Poco después del final de la guerra en 1945, Bell Labs formó un Grupo de Física del Estado Sólido, dirigido por William Shockley y el químico Stanley Morgan; otro personal, incluidos John Bardeen y Walter Brattain, el físico Gerald Pearson, el químico Robert Gibney, el experto en electrónica Hilbert Moore y varios técnicos. Su tarea era buscar una alternativa de estado sólido a los frágiles amplificadores de válvulas de vidrio. Sus primeros intentos se basaron en las ideas de Shockley sobre el uso de un campo eléctrico externo en un semiconductor para afectar su conductividad. Estos experimentos fallaron cada vez en todo tipo de configuraciones y materiales. El grupo estuvo paralizado hasta que Bardeen sugirió una teoría que invocaba estados superficiales que impedían que el campo penetrara en el semiconductor. El grupo cambió su enfoque para estudiar estos estados superficiales y se reunían casi a diario para discutir el trabajo. La relación del grupo fue excelente y las ideas se intercambiaron libremente.

En cuanto a los problemas en los experimentos con electrones, Hans Bethe proporcionó un camino hacia una solución. En 1947, mientras viajaba en tren para llegar a Schenectady desde Nueva York, después de dar una charla en la conferencia en Shelter Island sobre el tema, Bethe completó el primer cálculo no relativista del desplazamiento de las líneas del átomo de hidrógeno medido por Lamb y Retherford. A pesar de las limitaciones del cálculo, la concordancia fue excelente. La idea era simplemente asignar infinitos a las correcciones de masa y carga que en realidad se fijaron en un valor finito mediante experimentos. De esta manera, los infinitos se absorben en esas constantes y dan un resultado finito en buena concordancia con los experimentos. Este procedimiento se denominó renormalización.

Basado en la intuición de Bethe y los artículos fundamentales sobre el tema de Shin'ichirō Tomonaga, Julian Schwinger, Richard Feynman y Freeman Dyson, finalmente fue posible obtener formulaciones completamente covariantes que eran finitas en cualquier orden en una serie de perturbaciones de electrodinámica cuántica. Shin'ichirō Tomonaga, Julian Schwinger y Richard Feynman recibieron conjuntamente el Premio Nobel de Física en 1965 por su trabajo en esta área.Sus contribuciones, y las de Freeman Dyson, fueron sobre formulaciones covariantes e invariantes de calibre de la electrodinámica cuántica que permiten cálculos de observables en cualquier orden de la teoría de la perturbación. La técnica matemática de Feynman, basada en sus diagramas, inicialmente parecía muy diferente del enfoque de la teoría de campos y basado en operadores de Schwinger y Tomonaga, pero Freeman Dyson demostró más tarde que los dos enfoques eran equivalentes.La renormalización, la necesidad de dar un significado físico a ciertas divergencias que aparecen en la teoría a través de integrales, se ha convertido posteriormente en uno de los aspectos fundamentales de la teoría cuántica de campos y ha llegado a ser visto como un criterio para la aceptabilidad general de una teoría. Aunque la renormalización funciona muy bien en la práctica, Feynman nunca se sintió del todo cómodo con su validez matemática, incluso refiriéndose a la renormalización como un "juego de trileros" y "abracadabras". QED ha servido como modelo y plantilla para todas las teorías cuánticas de campos posteriores. Peter Higgs, Jeffrey Goldstone y otros, Sheldon Glashow, Steven Weinberg y Abdus Salam mostraron de forma independiente cómo la fuerza nuclear débil y la electrodinámica cuántica podrían fusionarse en una sola fuerza electrodébil.

Robert Noyce le dio crédito a Kurt Lehovec por el principio del aislamiento de la unión p-n causado por la acción de una unión pn polarizada (el diodo) como un concepto clave detrás del circuito integrado. Jack Kilby registró sus ideas iniciales sobre el circuito integrado en julio de 1958 y demostró con éxito el primer circuito integrado funcional el 12 de septiembre de 1958. En su solicitud de patente del 6 de febrero de 1959, Kilby describió su nuevo dispositivo como "un cuerpo de material semiconductor"... donde todos los componentes del circuito electrónico están completamente integrados". Kilby ganó el Premio Nobel de Física en 2000 por su participación en la invención del circuito integrado.A Robert Noyce también se le ocurrió su propia idea de un circuito integrado medio año después que Kilby. El chip de Noyce resolvió muchos problemas prácticos que el de Kilby no había resuelto. El chip de Noyce, fabricado en Fairchild Semiconductor, estaba hecho de silicio, mientras que el chip de Kilby estaba hecho de germanio.

Philo Farnsworth desarrolló el Farnsworth-Hirsch Fusor, o simplemente fusor, un aparato diseñado por Farnsworth para crear fusión nuclear. A diferencia de la mayoría de los sistemas de fusión controlados, que calientan lentamente un plasma confinado magnéticamente, el fusor inyecta iones de alta temperatura directamente en una cámara de reacción, evitando así una cantidad considerable de complejidad. Cuando el Farnsworth-Hirsch Fusor se introdujo por primera vez en el mundo de la investigación de la fusión a fines de la década de 1960, el Fusor fue el primer dispositivo que pudo demostrar claramente que estaba produciendo reacciones de fusión. En ese momento había muchas esperanzas de que pudiera convertirse rápidamente en una fuente de energía práctica. Sin embargo, al igual que con otros experimentos de fusión, el desarrollo de una fuente de energía ha resultado difícil. Sin embargo,

Violación de paridad

La imagen especular de un electroimán produce un campo con la polaridad opuesta. Así, los polos norte y sur de un imán tienen la misma simetría que el izquierdo y el derecho. Antes de 1956, se creía que esta simetría era perfecta y que un técnico no podría distinguir los polos norte y sur de un imán, excepto por referencia a la izquierda y la derecha. En ese año, TD Lee y CN Yang predijeron la no conservación de la paridad en la interacción débil. Para sorpresa de muchos físicos, en 1957 CS Wu y colaboradores de la Oficina Nacional de Normas de EE. UU. demostraron que, en condiciones adecuadas para la polarización de los núcleos, la desintegración beta del cobalto-60 libera preferentemente electrones hacia el polo sur de un campo magnético externo. y un número algo mayor de rayos gamma hacia el polo norte. Como resultado,

Teoría electrodébil

El primer paso hacia el Modelo Estándar fue el descubrimiento de Sheldon Glashow, en 1960, de una forma de combinar las interacciones electromagnética y débil. En 1967, Steven Weinberg y Abdus Salam incorporaron el mecanismo de Higgs a la teoría electrodébil de Glashow, dándole su forma moderna. Se cree que el mecanismo de Higgs da lugar a las masas de todas las partículas elementales en el modelo estándar. Esto incluye las masas de los bosones W y Z, y las masas de los fermiones, es decir, los quarks y los leptones. Después de las corrientes débiles neutrales causadas porZintercambio de bosones fueron descubiertos en el CERN en 1973,la teoría electrodébil fue ampliamente aceptada y Glashow, Salam y Weinberg compartieron el Premio Nobel de Física de 1979 por descubrirla. Los bosones W y Z se descubrieron experimentalmente en 1981 y se encontró que sus masas eran las predichas por el modelo estándar. La teoría de la interacción fuerte, a la que muchos contribuyeron, adquirió su forma moderna alrededor de 1973-1974, cuando los experimentos confirmaron que los hadrones estaban compuestos de quarks con carga fraccionada. Con el establecimiento de la cromodinámica cuántica en la década de 1970, se finalizó un conjunto de partículas fundamentales y de intercambio, lo que permitió el establecimiento de un "modelo estándar" basado en las matemáticas de la invariancia de calibre, que describió con éxito todas las fuerzas excepto la gravedad, y que sigue siendo generalmente aceptado dentro del dominio al que está diseñado para ser aplicado.

El 'modelo estándar' agrupa la teoría de la interacción electrodébil y la cromodinámica cuántica en una estructura denotada por el grupo calibre SU(3)×SU(2)×U(1). La formulación de la unificación de las interacciones electromagnética y débil en el modelo estándar se debe a Abdus Salam, Steven Weinberg y, posteriormente, a Sheldon Glashow. Tras el descubrimiento, realizado en el CERN, de la existencia de corrientes débiles neutras, mediadas por laZbosón previsto en el modelo estándar, los físicos Salam, Glashow y Weinberg recibieron el Premio Nobel de Física en 1979 por su teoría electrodébil. Desde entonces, los descubrimientos del quark bottom (1977), el quark top (1995) y el neutrino tau (2000) han dado crédito al modelo estándar.

Siglo 21

Tecnologías electromagnéticas

Hay una gama de tecnologías energéticas emergentes. En 2007, los condensadores eléctricos de doble capa de estado sólido a escala micrométrica basados ​​en conductores superiónicos avanzados se habían destinado a la electrónica de bajo voltaje, como la nanoelectrónica de subvoltaje profundo y tecnologías relacionadas (el nodo tecnológico de 22 nm de CMOS y más allá). Además, la batería de nanocables, una batería de iones de litio, fue inventada por un equipo dirigido por el Dr. Yi Cui en 2007.

Resonancia magnetica

Paul Lauterbur, de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, y Sir Peter Mansfield, de la Universidad de Nottingham, recibieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 2003, como reflejo de la importancia fundamental y la aplicabilidad de las imágenes por resonancia magnética en la medicina, por sus "descubrimientos sobre la resonancia magnética". imágenes". La mención Nobel reconoció la idea de Lauterbur de usar gradientes de campo magnético para determinar la localización espacial, un descubrimiento que permitió la adquisición rápida de imágenes 2D.

Electricidad inalámbrica

La electricidad inalámbrica es una forma de transferencia de energía inalámbrica, la capacidad de proporcionar energía eléctrica a objetos remotos sin cables. El término WiTricity fue acuñado en 2005 por Dave Gerding y luego utilizado para un proyecto dirigido por el profesor Marin Soljačić en 2007. Los investigadores del MIT demostraron con éxito la capacidad de alimentar una bombilla de 60 vatios de forma inalámbrica, utilizando dos bobinas de cobre de 5 vueltas de 60 cm (24 pulgadas) de diámetro, que estaban a 2 m (7 pies) de distancia, con una eficiencia de aproximadamente el 45%. Esta tecnología se puede utilizar potencialmente en una gran variedad de aplicaciones, incluidas las de consumo, industriales, médicas y militares. Su objetivo es reducir la dependencia de las baterías. Otras aplicaciones de esta tecnología incluyen la transmisión de información: no interferiría con las ondas de radio y, por lo tanto, podría usarse como un dispositivo de comunicación económico y eficiente sin necesidad de una licencia o permiso del gobierno.

Teorías unificadas

Una Gran Teoría Unificada (GUT) es un modelo de física de partículas en el que, a alta energía, la fuerza electromagnética se fusiona con las otras dos interacciones de calibre del Modelo Estándar, las fuerzas nucleares débil y fuerte. Se han propuesto muchos candidatos, pero ninguno está directamente respaldado por evidencia experimental. Los GUT a menudo se ven como pasos intermedios hacia una "Teoría del Todo" (TOE), una teoría putativa de física teórica que explica y vincula completamente todos los fenómenos físicos conocidos e, idealmente, tiene poder predictivo para el resultado de cualquier experimento que podría llevarse a cabo en principio. Tal teoría aún no ha sido aceptada por la comunidad física.

Problemas abiertos

El monopolo magnético en la teoría cuántica de la carga magnética comenzó con un artículo del físico Paul AM Dirac en 1931. La detección de monopolos magnéticos es un problema abierto en la física experimental. En algunos modelos teóricos, es poco probable que se observen monopolos magnéticos, porque son demasiado masivos para ser creados en aceleradores de partículas, y también demasiado raros en el Universo para entrar en un detector de partículas con mucha probabilidad.

Después de más de veinte años de intensa investigación, el origen de la superconductividad a alta temperatura aún no está claro, pero parece que en lugar de mecanismos de atracción electrón-fonón, como en la superconductividad convencional, se trata de mecanismos electrónicos genuinos (por ejemplo, por correlaciones antiferromagnéticas), y en lugar del emparejamiento de ondas s, los emparejamientos de ondas d son sustanciales. Uno de los objetivos de toda esta investigación es la superconductividad a temperatura ambiente.