Historia de la electricidad

Historia de la electricidad

Artículo principal: Historia de la electricidad

El fenómeno de la electricidad ha sido estudiado desde la antigüedad, pero su estudio científico sistemático comenzó en los siglos XVII y XVIII. A finales del siglo XIX los ingenieros lograron aprovecharla para uso doméstico e industrial. La rápida expansión de la tecnología eléctrica la convirtió en la columna vertebral de la sociedad industrial moderna.2

Michael Faraday relacionó el magnetismo con la electricidad.

Mucho tiempo antes de que existiera algún conocimiento sobre la electricidad, la humanidad era consciente de las descargas eléctricas producidas por peces eléctricos. En textos del Antiguo Egipto que datan del 2750 a. C. se referían a estos peces como “los tronadores del Nilo”, descritos como los “protectores” de los otros peces. Posteriormente, los peces eléctricos también fueron descritos por los romanos, griegos, árabes naturalistas y físicos.3 Autores antiguos como Plinio el Viejo o Escribonio Largo, describieron el efecto de adormecimiento de las descargas eléctricas producidas por peces eléctricos y rayas eléctricas; además, sabían que estas descargas podían transmitirse por materias conductoras.4 Los pacientes que sufrían de enfermedades como la la gota y el dolor de cabeza se trataban con peces eléctricos con la esperanza de que la fuerte sacudida pudiera curarlos.5 Posiblemente el primer acercamiento al estudio del rayo y su relación con la electricidad, se atribuye a los árabes, que antes del siglo XV tenían la palabra árabe para rayo (raad) aplicado al rayo eléctrico.

En culturas antiguas del mediterráneo se sabía que ciertos objetos, como una barra de ámbar, al frotarla con una lana o piel podía atraer objetos livianos como plumas. Hacia el año 600 a. C. Tales de Mileto hizo una serie de observaciones sobre electricidad estática, donde creyó que la fricción dotaba de magnetismo al ámbar, al contrario que minerales como la magnetita, que no necesitaban frotarse.6 7 8 Tales se equivocó al creer que la atracción era producida por un campo magnético, aunque más tarde la ciencia probaría que hay una relación entre el magnetismo y la electricidad. De acuerdo a una teoría controvertida, los partos podrían haber conocido la electrodeposición, basándose en el descubrimiento en 1936 de la Batería de Bagdad, similar a una celda voltaica, aunque es incierto si el artefacto era de naturaleza eléctrica.9

Mientras la electricidad se consideraba todavía poco más que un espectáculo de salón en el siglo siglo XVII, William Gilbert realizó un estudio cuidadoso de electricidad y magnetismo, diferenciando el efecto producido por trozos de magnetita, de la electricidad estática producida al frotar ámbar.8 Además, acuñó el término neolatíno electricus (que a su vez proviene de ήλεκτρον [elektron], la palabra griega para ámbar) para referirse a la propiedad de atraer pequeños objetos después de haberlos frotado.10 Esto dio alcance al uso de "eléctrico" y "electricidad", haciendo su primera aparición en 1646 en la publicación Pseudodoxia Epidemica de Thomas Browne.11

Posteriormente, se hicieron nuevas aproximaciones científicas al fenómeno en el siglo XVIII por investigadores sistemáticos como Henry Cavendish,12 13 Du Fay,14 van Musschenbroek15 y Watson.16 Estas observaciones empiezan a dar sus frutos con Galvani,17 Volta,18 Coulomb19 y Franklin,20 y, ya a comienzos del siglo XIX, con Ampère,21 Faraday22 y Ohm.23 No obstante, el desarrollo de una teoría que unificara la electricidad con el magnetismo como dos manifestaciones de un mismo fenómeno llegó hasta la formulación de las ecuaciones de Maxwell en 1865.24

Los desarrollos tecnológicos que produjeron la Primera Revolución Industrial no hicieron uso de la electricidad. Su primera aplicación práctica generalizada fue el telégrafo eléctrico de Samuel Morse (1833), que revolucionó las telecomunicaciones.25 La generación de electricidad industrialmente comenzó cuando, a fines del siglo XIX, se extendió la iluminación eléctrica de las calles y las casas. La creciente sucesión de aplicaciones que esta forma de la energía produjo hizo de la electricidad una de las principales fuerzas motrices de la Segunda Revolución Industrial.26 Este fue un tiempo de grandes inventores, como Gramme,27 Westinghouse,28 von Siemens29 o Alexander Graham Bell.30 Entre ellos destacaron Nikola Tesla y Thomas Alva Edison, cuya revolucionaria manera de entender la relación entre investigación y mercado capitalista convirtió la innovación tecnológica en una actividad industrial.31 32

Conceptos

Carga eléctrica

Interacciones entre cargas de igual y distinta naturaleza.

Artículo principal: Carga eléctrica. Véanse también: Electrón, Protón e Ion.

La carga eléctrica es una propiedad de la materia que se manifiesta mediante fuerzas de atracción y repulsión. La carga se origina en el átomo, el cual está compuesto de partículas subatómicas cargadas como el electrón y el protón.33 La carga puede transferirse entre los cuerpos por contacto directo, o al pasar por un material conductor, generalmente metálicos.34 El término electricidad estática hace referencia a la presencia de carga en un cuerpo, por lo general causado por dos materiales distintos que se frotan entre sí, transfiriéndose carga uno al otro.35

La presencia de carga da lugar a la fuerza electromagnética: una carga ejerce una fuerza sobre las otras, un efecto que era conocido en la antigüedad, pero no comprendido.36 Una bola liviana, suspendida de un hilo, podía cargarse al contacto con una barra de vidrio cargada previamente por fricción con un tejido. Se encontró que si una bola similar se cargaba con la misma barra de vidrio, se repelían entre sí. Este fenómeno fue investigado a finales del siglo XVIII por Charles-Augustin de Coulomb, que dedujo que la carga se manifiesta de dos formas opuestas.37 Este descubrimiento trajo el conocido axioma "objetos con la misma polaridad se repelen y con diferente polaridad se atraen".36 38

La fuerza actúa en las partículas cargadas entre sí, y además la carga tiene tendencia a extenderse sobre una superficie conductora. La magnitud de la fuerza electromagnética, ya sea atractiva o repulsiva, se expresa por la ley de Coulomb, que relaciona la fuerza con el producto de las cargas y tiene una relación inversa al cuadrado de la distancia entre ellas.39 40 La fuerza electromagnética es muy fuerte, la segunda después de la interacción nuclear fuerte,41 con la diferencia que esa fuerza opera sobre todas las distancias.42 En comparación con la débil fuerza gravitacional, la fuerza electromagnética que aleja a dos electrones es 1042 veces más grande que la atracción gravitatoria que los une.43

Las cargas de los electrones y de los protones tienen signos contrarios, además una carga puede expresarse como positiva o negativa. Por convención, la carga que tiene electrones se asume negativa y la de los protones, positiva, una costumbre que empezó con el trabajo de Benjamin Franklin.44 La cantidad de carga se representa por el símbolo Q y se expresa en culombios.45 Los electrones tiene la misma carga de aproximadamente -1.6022×10−19 culombios. El protón tiene una carga que es igual y opuesta +1.6022×10−19 coulombios. La carga no sólo está presente en la materia, sino también por la antimateria, cada antipartícula tiene una carga igual y opuesta a su correspondiente partícula.46

La carga puede medirse de diferentes maneras, un instrumento muy antiguo es el electroscopio, que aún se usa para demostraciones en las aulas, ahora superado por el electrómetro electrónico.47

Corriente eléctrica

Artículo principal: Corriente eléctrica

Un arco eléctrico permite una demostración de la energía de la corriente eléctrica.

Se conoce como corriente eléctrica al movimiento de cargas eléctricas. La corriente puede estar producida por cualquier partícula cargada eléctricamente en movimiento; lo más frecuente es que sean electrones, pero cualquier otra carga en movimiento se puede definir como corriente.48 Según el Sistema Internacional, la intensidad de una corriente eléctrica se mide en amperios, cuyo símbolo es A.49

Históricamente, la corriente eléctrica se definió como un flujo de cargas positivas y se fijó como sentido convencional de circulación de la corriente el flujo de cargas desde el polo positivo al negativo. Más adelante se observó, que en los metales los portadores de carga son electrones, con carga negativa, y que se desplazan en sentido contrario al convencional.50 Lo cierto es que, dependiendo de las condiciones, una corriente eléctrica puede consistir de un flujo de partículas cargadas en una dirección, o incluso en ambas direcciones al mismo tiempo. La convención positivo-negativo se usa normalmente para simplificar esta situación.48

El proceso por el cual la corriente eléctrica circula por un material se llama conducción eléctrica, y su naturaleza varía dependiendo de las partículas cargadas y el material por el cual están circulando. Son ejemplos de corrientes eléctricas la conducción metálica, donde los electrones recorren un conductor eléctrico, como el metal, y la electrólisis, donde los iones (átomos cargados) fluyen a través de líquidos. Mientras que las partículas pueden moverse muy despacio, algunas veces con una velocidad media de deriva de sólo fracciones de milímetro por segundo,34 el campo eléctrico que las controla se propaga cerca a la velocidad

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