jueves, 28 de enero de 2016

Historia de la electricidad (XVII): La unión magnética



Con la pila de Volta la electricidad entra en una época de contantes descubrimientos, los científicos al fin disponen de un sistema fiable, regulable y continuo de producir electricidad, lo que la hace entrar en una fase de continuos descubrimientos, que acabarán con la unificación de los fenómenos eléctricos y magnéticos en una sola fuerza, dando como resultado el motor eléctrico.

Siméon Denis Poisson (Francia 1781 - 1840)

Este francés fue un gran matemático y físico, hijo de un soldado que luego ocupó cargos en la administración locales durante la revolución, con 18 años sus trabajos matemáticos recibieron muy altos honores, progresando en campos como ecuaciones diferenciales o la teoría de probabilidades. Destacó también como un excelente profesor, y a pesar de sus muchas ocupaciones llegó a publicar más de 400 tratados matemáticos. Su nombre está unido a la Ecuación de Poisson que es una ecuación en derivadas parciales muy usada en electricidad y en mecánica de fluidos, que aplicó a la electrostática y le sirvió para calcular el potencial eléctrico en una superficie de cualquier forma.
 \nabla^2 \Psi = {\partial ^2 \Psi\over \partial x^2 } +
                     {\partial ^2 \Psi\over \partial y^2 } +
                     {\partial ^2 \Psi\over \partial z^2 } =
                     - {\rho_{e} \over \varepsilon \varepsilon_{0}} \;  .
Ecuación de Poisson para el potencial eléctrico en una superficie (Ψ) como una función de la densidad de carga eléctrica en un punto (ρe) (Fuente: Wikipedia)
También es famosa su opinión a favor de la teoría corpuscular de la luz, en una época en que la pugna entre la teoría corpuscular y la ondulatoria sobre la luz estaba en su punto álgido, el defendió la primera con ímpetu en contra de Arago el gran defensor de la ondulatoria. Al final Eistein demostró la dualidad onda-partícula, lo que acabó definitivamente con esta pugna y le otorgo el Novel de física en 1921, ya que su teoría especial de la relatividad de 1905 estaba aceptada por la comunidad pero hasta 1959 no pudo ser probada, y una teoría sin pruebas no es aceptada en ciencia.

Hans Christian Ørsted (Dinamarca 1777 – 1851)

Su padre era farmacéutico, por lo que comenzó estudiando esta carrera pero luego pasó a estudiar medicina graduándose como médico, aunque nunca ejerció como tal, ya que su pasión por la física y la química le impulsaron a dedicarte a estas disciplinas. Gran orador y famoso conferenciante, en química fue el primero en aislar el Aluminio. La Royal Society le otorgó la medalla Copley en 1820.

Ese año de 1820 había descubierto la relación entre electricidad y magnetismo, demostrando que ubicando una brújula junto a un hilo eléctrico, al pasar la corriente por el hilo se movía la aguja de la brújula. Este simple experimento fue muy importante pues es la base del electromagnetismo y del motor eléctrico.
Experimento de Ørsted en una ilustración de la época (Fuente: ethw.org)

Thomas Johann Seebeck (Alemania, 1770 - 1831)

Aunque estudió medicina se dedicó a la física. En esta actividad conoció a Goethe, que además de escribir también era un entusiasta físico, ambos estudiaron la teoría de los colores oponiéndose a la teoría de Newton sobre ese tema. Trabajó en investigaciones relacionados con el calor y como afectaba este a los colores.

Estudiando la relación entre electricidad y calor, en 1821 descubrió que uniendo dos aros de dos metales diferentes, al calentar uno y enfriar el otro se producía un campo magnético, realmente era el producto del campo eléctrico que se generaba, pero el solo habló en sus escritos del magnetismo, llamándolo fenómeno termo-magnético. Hoy día esta unión de dos metales se usa en los termopares, es usado en los termostatos, y el fenómeno se denomina efecto termo-eléctrico o de Peltier-Seebeck.
Experimento de Seebek con aros de metales diferentes (Fuente: mpec.sc.mahidol.ac.th)

André-Marie Ampère (Francia 1775 - 1836)

Ampère era hijo de un juez, fue un niño prodigio, aprendió a contar por su cuenta usando piedrecitas y migas de pan, aprendió latín por su cuenta para leer los libros de matemáticas de la biblioteca. Fue un gran matemático reconocido con amplios honores en su época, en esa disciplina es conocido por el desarrollo de las ecuaciones diferenciales parciales o la teoría de juego, en química se unió a la corriente que postulaba que el cloro era una substancia simple, o apoyó de mantera independiente la teoría de Avogadro sobre los gases, o publicó una importante clasificación en ciencias naturales.

Conociendo el experimento de Ørsted, demostró que el giro de la aguja de la brújula dependía de la dirección de la corriente, por lo que definió la regla de la mano derecha para conocer el sentido del campo magnético en el cable. También definió la electrodinámica, la fuerza que se produce entre dos hilos paralelos cuando la recorre una corriente, que se atraen o repelen según el sentido de la corriente sea diferente o igual en ambos hilos y de la intensidad de las mismas. Por sus experimentos postuló la teoría de las corrientes moleculares, formada por innumerables partículas cargadas, lo que fue rechazado en su época pero más adelante se demostró cierto con la teoría atómica y los electrones.
Regla de la mano derecha, el pulgar apunta en la dirección de la corriente y los dedos indican la direcciñon del campo magnético generado (fuente: cluster-divulgacioncientifica)

En 1822 ideó el solenoide, que condujo al electroimán. Junto al gran físico François Arago (el que postuló la teoría de la luz como ondas) mejoró el diseño del galvanómetro para hacerlo un aparato práctivo y preciso (aparato para medir la corriente ideado por Johann Schweigger en 1820 al conocer el experimento de Ørsted). En sus escritos fue el primero en definir corriente eléctrica (intensidad) y tensión eléctrica (voltaje). En su honor la unidad de intensidad eléctrica se denomina Amperio.

Ideó un telégrafo funcional usando un conjunto de galvanómetros para los caracteres, afirmando que había efectuado pruebas satisfactorias, aunque más tarde Peter Barlow demostró que el alcance efectivo de este aparato sería de unos 60 metros.

William Sturgeon (Inglaterra, 1783 - 1850)

Físico e ingeniero, comenzó como aprendiz de zapatero, luego pasó por el ejército donde se interesó por la física y la matemática. Construyó en 1825 el primer electroimán. Poco después en 1832 Joseph Henry hizo lo mismo de manera independiente y diseño el primer motor, lo que logró en 1832 Sturgeon creando un motor eléctrico para el que ideó el primer conmutador.

El primer electroimán era un trozo de hierro de 200gr con forma de herradura, envuelto por una bobina de hilo conductor. Demostró su potencia levantando 4 kg con su aparato. Al poder regular la cantidad de electricidad que recibía y por tanto su potencia, fue la primera máquina eléctrica y abrió el camino a las maquinas controladas por electricidad. Los electroimanes son la base del telégrafo y de los motores eléctricos.

Electroimán de Sturgeon
Electroiman de Sturgeon (Fuente: tonybolanyo)

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