lunes, 15 de julio de 2024

Historia de la electricidad (XXIV): La guerra de las corrientes

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Esta pugna entre las empresas General Electric Company (empresa creada por Edison a partir de la Edison General Electric Company, junto a varios inversionistas, principalmente J.P. Morgan) y la Westinghouse Electric (empresa creada por  George Westinghouse, donde trabajaba Nikola Tesla, hoy propiedad de la Paramount), por hacerse con el control de la distribución de la electricidad en hogares e industrias. Aunque esta guerra fue "perdida" finalmente por Edison, ambas empresas se hicieron con una parte de la distribución de la electricidad en los EE.UU., crecieron mucho, diversificaron su producción (electrodomésticos, telefonía, radio, etc.) y con sus altibajos siguen existiendo hoy día y son conocidas a nivel mundial (en España la Westinghouse por sus electrodomésticos, mientras la GE se conoce más en aparatos industriales).

Corriente continua y corriente alterna

Tras las época de las baterías, los generadores de corriente usados hasta finales del 19 eran dinamos, que generaban corriente continua, ideados por Faraday tras sus estudios sobre la inducción electromagnética. De manera simplificada, en una dinamo se hacer girar unos imanes sobre un bobinado, la variación del campo magnético induce una corriente en la bobina, al hacer que los polos del imán se muevan siempre en la misma zona de espiras, se genera una corriente continua en estas..

Haciendo que los polos del imán cambien en su paso por las espiras, la corriente cambia de sentido, por lo que se genera corriente alterna, pero era complicado hacer un sistema que rotara los imanes, por lo que se recurrió a usar electroimanes en su lugar, pero el rendimiento de estos generadores era muy pobre..

Inicialmente la corriente continua tenia muchas ventajas en el laboratorio, se podía generar de manera muy sencilla una corriente del voltaje deseado cambiando la velocidad de movimiento del motor, y se estudia mucho mejor una corriente continua que si esta varía con el tiempo. Por eso los primeros intentos de producir electricidad para usos prácticos usaban algo que estaba bien desarrollado y estudiado en ese momento. Edison electrificó sus laboratorios con continua, y los iluminó con sus bombillas, por lo que tras vender la idea a J.P. Morgan, gracias a la inversión pudo hacer que su empresa, la Edison General Electric Company (en la que comenzó a trabajar Tesla en Europa y luego en EE.UU., ver entrada anterior), que se dedicaba principalmente a temas de telefonía, pusiera una central eléctrica en NuevaYork y comenzara a electrificar las casas.

Whestinhouse estaba trabajando en el generador de alterna, pero no conseguía mejorar el rendimiento, hasta que decidió probar a generar los electroimanes con la propia electricidad que generaba la máquina, idea en principio desechada por su analogía con el movimiento continuo y sus grandes pérdidas, pero la idea funcionaba, la retroalimentación del sistema permitía generar una corriente alterna con mejor rendimiento que con las dinamos, aunque los generadores eran mucho mas complejos.

Whestinhouse y Edison presentaron ofertas para electrificar la Exposición Universal de Boston, ganando el primero por ser mucho mas económico, lo que le  dió fama y le permitió comenzar a electrificar la iluminación de las calles con bombillas de arco usando su corriente alterna, pero aun así Edison ganó la primera batalla.

Los electrodomésticos y sus enchufes

Edison seguía convencido de que era mejor seguir con sus dinamos, pero como la distribución de la electricidad usando corriente continua tiene limitaciones de distancia, principalmente por la pérdida en forma de calor en los cables, su idea era crea muchas pequeñas centrales generadoras, una por cada barrio, de manera similar a como se hacía en ese momento con las centralitas manuales de los teléfonos. De esta manera se podía reemplazar el sistema de iluminación del momento tanto el de las calles como el de las casas, que eran principalmente las lámparas de gas, muy peligrosas por la posibilidad real de incendios y explosiones, por las bombillas de Edison, mucho mas sencillas, mucho mas económicas y de mayor duración que las bombillas de arco, por lo que en 1882 instaló la primera central de corriente continua en Manhatan. Para poder suministrar sin problemas, usaba una corriente de 100 Voltios, ya que a voltajes mas bajos las pérdidas eran mucho mayores.

Pronto fue muy popular su uso, y creció rápidamente para iluminar todo NuevaYork con sus bombillas, único aparato eléctrico en las casas. Cuando se crearon nuevos Electrodomésticos, estos necesitaban un enchufe, y en casa solo había lámparas, por lo que los primeros usaban un casquillo de bombilla como conexión, uno de los primeros electrodomésticos fueron las maquinillas eléctricas para afeitarse, por lo que para hacerlo debías desenroscar la bombilla y enroscar el enchufe de la maquinilla (hay alguna película de la época en que se ve esto). 

Como se vio que era necesario algo mas sencillo, se crearon los primeros enchufes, el primero fue patentado en 1882 por Thomas Tayler Smith, que estaba conectado también a la rosca del portalámparas. Luego se hizo que el propio portalámparas tuviera el conector para el enchufe y la rosca de la bombilla, por lo que en algunas películas antiguas se ve como la afeitadora está enchufada con la bombilla (si no recuerdo mal esto lo hace Clark Gable en la comedia de  Frank Capra "Sucedió una noche" de 1934, y Cary Grant en la también muy divertida "Luna nueva" de Howard Hawks en 1940, y aunque me falle la memoria, ambas son muy recomendables de ver  igualmente).

Niagra

No me refiero a la película de 1953 de Henry Hathaway, una buena película de cine negro, de las pocas de Marilyn Monroe fuera de la comedia, en cine comenzó con un drama y un breve papel donde no lo hizo mal en Peligrosa juventud de 1947, luego podemos destacar fuera de la comedia La jungla de asfalto de 1950 o la mencionada Niagra de 1953, Rio sin Retorno de 1954, aunque para mi sus mejores actuaciones fueron en Bus Stop y, sobre todo, en su última película completa, Vidas rebeldes (aunque a ratos sobre actúa un poco).

Para mover los generadores se necesita energía, la forma mas sencilla es usar un salto de agua, ya existía en el rio Niagra un canal paralelo a las cataratas, que aprovechaba la diferencia de altura y el gran caudal de agua para unos molinos. Se creó la empresa Niagara Falls Hydraulic Power & Manufacturing Company, la primera en generar energía hidroeléctrica a gran escala. 

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Generadores en Niagra Falls (fuente: Wikipedia)

La corriente alterna tiene la ventaja de que se puede convertir de uno a otro voltaje, usando transformadores, componentes pasivos consistentes en bobinados en paralelo, no usan partes móviles, y apenas necesitan refrigeración (principalmente se usan radiadores de aceite para los de alta tensión).

Westinghouse pudo producir corriente alterna de alto voltaje, que luego se puede llevar a las ciudades por líneas de alta tensión, al llegar a las ciudades convertirla en media tensión, y luego en baja tensión para usarla en los hogares. 

Con la gran cantidad de electricidad que generaba, Westinghouse pudo llevar la electricidad a varias ciudades, llegando hasta a Nueva York a 600km de distancia.


La guerra de las corrientes y la silla eléctrica

Tras establecer ambos las bases de su negocio, cada uno de ellos luchó por hacerse con el mercado, compitiendo Edison-Westinghouse (aunque siempre se dice Edison-Tesla, este solo se ocupaba de la parte práctica de la generación de electricidad).

Edison usaba la ventaja de su fama, mientras que para poner de manifiesto la superioridad de su sistema, Westinghouse usaba su mejor baza, el precio mas bajo al poder generar mucha cantidad de electricidad y llevarla donde lo necesitara, en lugar de depender de montar muchas pequeñas centrales  cercanas. También cobro ventaja en la industria por sus motores eléctricos de corriente alterna (desarrollo de Tesla) que eran mas potentes que los de continua de Edison.

Ambas empresas acabaron enfrentándose en una batalla de relaciones públicas, que los diarios del momento calificaron como "la guerra de las corrientes", por ver quien se hacía con el mercado finalmente. Ocurrieron algunos accidentes en las líneas de alta tensión, lo que Edison magnificó moviendo sus contactos en la prensa, que hablaron a favor de su sistema que enterraba los cables bajo tierra, no en líneas aéreas. Pero Nikola Tesla se expuso a una CA que atravesó su cuerpo sin causarle ningún daño (si estás aislado de tierra, tu cuerpo puede conducirla sin ser afectado), lo que no pudo replicar Edison. 

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Enterrando cables eléctricos de la Edison en Nueva York (fuente: Wikipedia)


Pero este contraatacó con la Silla Eléctrica. Esta fue ideada un empleado suyo llamado Harold P. Brown, que estaba buscando un sistema que reemplazara a la horca que se usaba en ese momento. Cuando una corriente alterna atraviesa un cuerpo, si es suficientemente grande producirá una interferencia en el sistema nervioso pudiendo llegar a la parada cardíaca, en teoría de forma muy rápida y de manera indolora. Para esto era mejor la alterna, pues es mas sencillo general altos voltajes con ella. 
 
Tras pruebas con varios animales, la gran demostración la hizo ante la prensa, donde entre otros animales la aplicó a un elefante de un circo. La prensa lo denominó "electrocución", y se adoptó desde 1889 como reemplazo de la orca en la mitad de los estados de EE.UU., principalmente en la zona este del país. Su primer uso fue en Nueva York en 1890, tuvo un auge, pero tras críticas por su uso se reemplazó gradualmente por la inyección letal, y en 2008 que fue abolido su empleo definitivamente.
 
Aunque Edison movió a la prensa todo lo que pudo a su favor, finalmente tuvo que rendirse a los echos, la alterna era mucho mejor sistema para distribuir la electricidad en hogares e industrias, no solo perdió la guerra, sino que quedó como el creador de la silla eléctrica, aunque no fuera cierto. En 1892 se desvinculó de la electricidad, se fusionó su empresa con la segunda mas grande del momento, la Thomson-Houston, creando la General Electrics.

martes, 9 de julio de 2024

Historia de la electricidad (XXIII): Tesla, un genio con altibajos

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Tesla es una figura muy endiosada, su idea de la energía libre es comentada por todos, aunque la mayoría no sabe realmente lo que era, y la gran mayoría piensa que hubo un complot en su contra para evitar que la llevara a cabo, sin conocer nada del asunto. Intentaré dar una breve explicación de sus logros y de sus fracasos, sin estar de un lado o del otro, fue un genio, pero no todas sus ideas eran realizables.

Nikola Tesla (1856-1943)

Nacido en lo que hoy es Croacia, entonces una parte del imperio Autro-Húngaro, donde estudió ingeniería y física pero sin obtener un título. Tras varios trabajos, a los 24 se trasladó a París, donde comenzó a trabajar en la Continental Edison, la filial de Edison en Europa, que era el líder del momento implantando la electricidad y el teléfono en toda Europa.

En 1884 el director de la empresa es trasladado a EE.UU., invitando a Tesla a acompañarlo ya que era un gran ingeniero. Allí trabajó un tiempo en la Edison Machine Works, en Nueva York , antes de emprender el camino por su cuenta, ya que según parece la empresa le prometió un incentivo económico y no lo cumplió. Apoyado por sus buenas ideas, sus habilidades de orador y la gran presentación que hacía de sus experimentos, consigue financiación y crea su propio laboratorio, con su principal financiador, George Westinghouse, que había obtenido su fortuna como ingeniero ideando temas como el freno neumático para los ferrocarriles. En esta empresa y gracias a varias patentes propias ganó un pequeña fortuna

En la Exposición Mundial de Chicago de 1893, Tesla y Westinghouse iluminaron la exposición con corriente alterna, con lámparas fluorescentes y bombillas de Tesla de un solo nodo.

Obtuvo la doble nacionalidad, y como no le fue difícil conseguir financiación, trabajó duramente en sus ideas, algunas las llevó a algo práctico y otras no pudo conseguir hacerlas funcionar, especialmente por sus fracasos que motivaron la falta de inversores a partir de 1910 hasta su muerte.

Se dice que dormía 2 horas diarias, pero que echaba pequeñas siestas a lo largo del día. Esto es propio del insomnio, que a largo plazo provoca cierto desequilibrio mental, pero lo que acabó con su salud mental fueron sus fracasos, y sus problemas mentales se fueron agravando con la edad. En sus últimos años vivió en varios hoteles (cosa no tan rara en el momento, a Capone lo detuvieron en su suite del Hotel Lexington en 1928), que tenía que dejar al no pagar las facturas. 

El episodio de la paloma es muy tergiversado, era aficionado a largas caminatas (se dice que andaba 13 km diarios) y a alimentar a las palomas en los parques. Una de estas acudía siempre cuando el estaba, y le cogió gran cariño, pero la forma de describir este cariño cuando tenía ya problemas mentales no fue la mas adecuada, dijo que se querían como una pareja de enamorados.

Ideas que fueron un éxito, y otras que no

Entre las muchas cosas que creó o mejoró a lo largo de su vida, cabe destacar las dos pugnas que tuvo, la de Edison por la electricidad y la de Marconi por la telegrafía inalámbrica, en ambas ramas aportó aparatos que fueron importantes.

Comenzó en la Edison, mejorando las dinamos para generar continua. Luego para distribuir la electricidad usando la corriente alterna ideó un sistema polifásico, mejoró los generadores diseñados por Westinghouse, mejoró las bombillas y los fluorescentes. Para llevar su corriente a las empresas ideó un motor eléctrico de corriente alterna (no inventó el motor eléctrico, ya estaba echo, ni inventó uno de alterna que ya había intentos, cogió lo que había, lo hizo eficaz y lo patentó, lo que ya es suficiente para pasar a la historia, y tampoco es cierto que los coches Tesla usen su motor, en 100 años han mejorado muchísimo los motores).

Diseñó la Bobina de Tesla, con la que se consiguen altos voltajes a alta frecuencia (las famosas fotos de Tesla rodeado de rayos son producidos por sus bobinas), y mejoró los tubos fluorescentes.

En el tema de la radio, aunque diseñó un barco radio controlado, que intentó vender a las marinas como una mina por control remoto, no consiguió vender la idea. Trabajó en transmisión inalámbrica de energía (que solo funcionaba a cortas distancias como hoy día con los cargadores inalámbricos), y las emisiones de radio.

Pero también hubo cosas que no funcionaron o que solo fueron ideas que no desarrolló, Trabajó en los rayos X, pero no aportó mejoras importantes. Tuvo la idea de un aparato parecido a un sonar para detectar submarinos, pero su idea era usar algo similar al radar, lo que hoy se sabe que no podía funcionar bajo el agua, Ideó el Teslascopio, aparato para hablar con seres del espacio exterior.

Llegó a patentar un avión biplano con despegue vertical, poner el avión en vertical para que despegue y luego que pase a vuelo horizontal. Esta idea se ha intentado varias veces, como con el Lockheed XFV, pero nunca ha conducido a algo realmente operativo. El primer avión VTOL fue el Harrier de 1958, y no usaba esta idea.

Su gran error y las falacias actuales

El mayor fracaso de Tesla fue la energía libre, pensaba en un sistema de transmisión de la energía que está en la atmósfera y en la propia tierra, por tanto energía libre, usando torres de radio. La idea no era buena, el desarrollo es imposible como han demostrado los físicos, ya que su idea era recoger la energía de la atmósfera y remitirla usando la tierra, lo que no sabía era que las ondas transversales que pretendía enviar son absorbidas rápidamente, por lo que la idea es imposible. Sus modelos eran muy limitados en tamaño y alcance, pero insistió en la idea sin realizar mejores experimentos, lo que lo llevó a fracasar tras invertir mucho dinero (J.P.Morgan invirtió el equivalente a 4 millones de dólares actuales en el proyecto) y construir la Torre Wardenclyffe a 160Km de Nueva York, con 57 metros de altura, construida entre 1901 y 1917 pero nunca completada, que fue desmantelada poco después.

Sobre esto hay una mentira que circula mucho, por una falacia que se da mucho actualmente, se piensa en términos actuales y con ideas de hoy sobre cosas históricas, lo que no es posible nunca. Al llamarla "energía libre", muchos piensan en lo que hoy se entiende por libre, que sea algo gratuito, por lo que sin pruebas muchos piensan que su idea era generar energía gratis para todos. Esto no es cierto, la idea tenía dos partes, el generador y el receptor, y los receptores sí eran de pago, con contadores para poder cobrar a los abonados. Solo hay que pensar que ningún financiero hubiese puesto dinero en una idea sin obtener beneficios por su inversión.

Basando en esto, y con la idea de que electrificar el celebro era beneficioso (nuevamente sin ningún estudio que lo corrobore), pensaba que rodeando las aulas de los colegios con cables que indujeran electricidad en los alumnos, estos mejorarían su rendimiento notablemente.

También se publicó en los periódicos de la época que les darían el Nobel conjunto a Edison y a él, lo que solo fue un bulo, la academia nunca pensó en un nobel solo por sus logros de ingeniería, necesitan estar respaldados por logros científicos, como el caso de Marconi, que lo recibió no solo por el desarrollo práctico, sino que también contribuyo al marco teórico y al estudio de las ondas radioeléctricas, como la ley de Marconi para el cálculo del alcance de las señales de radio en función de la altura de ubicación de la antena.

Es sabido que Tesla no creía en la teoría atómica, pensaba que los electrones eran solo un estado de la materia y no una partícula. También afirmó tener un desarrollo revolucionario sobre la gravedad, pero no se han encontrado nunca información sobre el tema entre sus papeles.

lunes, 8 de julio de 2024

Historia de la electricidad (XXII): Edison, mucho mas que la bombilla

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En esta estrada hablaré de Edison, en la siguiente de Tesla, y luego dedicaré una tercer a su muy famosa guerra de las corrientes.

Todos saben que Edison ideó la bombilla en 1879, pero el historial de aparatos desarrollados por el es muy numeroso, y su mejor creación fue Melo Park, de donde surgieron todos sus inventos.

Thomas Alva Edison (EE.UU. 1847-1931)

Cuando empezó a ir a la escuela, el profesor le calificó como "estéril e improductivo", por lo que su madre tomó en sus manos la educación de su hijo, fomentando la afición a la lectura que le acompaño toda su vida.

A los 12 años comenzó a trabajar, vendía comida y periódicos en el tren, aprovechando las largas paradas para ir a la biblioteca, siguiendo un orden muy especial, cogía el primer libro de un estante, luego el siguiente, y así avanzaba. En el tren se aburría, por lo que se montó un laboratorio en uno de los vagones, donde puso una pequeña imprenta y empezó a publicar su propio diario.

Como agradecimiento por salvar a su hijo, el telegrafista de la estación le enseñó el código y la telegrafía, por lo que a los 15 años pasó a ser telegrafista. Mientras trabajaba en varias oficinas de telégrafos, siguió experimentando, lo que condujo a su primer invento, el Repetidor Automático, que retransmite las señales entre estaciones sin necesidad de personal, pero que nunca patentó.

Su primera patente fue un aparato para contar los votos en las elecciones en el congreso, con dos botones: a favor y en contra (hoy día se usa ese mismo sistema). El congreso lo rechazó alegando que su idea fomentaba los fraudes.

Entre 1869 y 1877 trabajó haciendo reparaciones en empresas telegráficas, primero com empleado y luego por su cuenta, sin dejar de investigar nunca, por lo que en 1877 presentó su primer invento importante, el fonógrafo, el primer aparato común para grabar y reproducir sonido, usando un cilindro de cera para grabar los sonidos con una aguja. Este invento lo lanzó a la fama mundial.

La fábrica de inventos

Entre 1876, Edison se mudó a Menlo Park, en Nueva Jersey. Allí creó un lugar donde reunió a científicos, ingenieros y mecánicos, y estableció una "fábrica de inventos", que mantuvo hasta 1887, con casi 400 patentes en esos 11 años.

Su idea era utilizar los conocimientos combinados de todos para desarrollar aparatos innovadores, no siempre ideas suyas, pero si hacerlos realmente útiles, como veremos en el tema de la bombilla.

El micrófono de carbón

En 1876 patentó un micrófono de carbón, que revolucionó la telefonía al ser mucho mas sensible que lo anterior, que era el usado en los teléfonos de sobremesa, desaparecidos hace muy poco, y que todavía se sigue usando, aunque los sistemas mas modernos permiten hacer micrófonos mucho mas pequeños. 

Entre dos láminas metálicas separadas por gránulos de carbón, se hace pasar una corriente, la vibración del sonido se transmite a través de los gránulos, modulando la señal eléctrica.

La Bombilla y la electrónica

Aunque se piensa que Edison inventó la bombilla, no es correcto, ya existían varios diseños anteriores, pero que no duraban mas de unos minutos antes de fundirse. Edison lo que hizo es que fuera algo útil con una duración adecuada, y con ella iluminar el mundo.

Inicialmente lo intentaron  Henry Woodward, Mathew Evans, James Bowman Lindsay, William Sawyer y Warren de la Rue, pero sin alcanzar su objetivo. En 1855 Heinrich Göbel (Alemania) había registrado su idea, y en 1874 Aleksandr Lodygin (Rusia) hizo lo mismo.

John Wellington Starr (EEUU 1822-1846)  en 1845 patenta una lámpara incandescente, pero no consiguió que durara mas de minutos. 

Joseph Wilson Swan (Inglaterra, 1828-1914) a partir de los trabajos de Wellington lo intenta pero nuevamente sin obtener mas que minutos, principalmente por que su sistema de vacío no era muy eficiente, pero si consiguió mantener varias bombillas en un solo circuito, cosa que antes era imposible. Patenta su invento en 1879. Posteriormente fundaría la Swan Electric Light Company y comenzaría a electrificar hogares y alumbrarlos con su bombilla.

Todos lo intentaron con filamentos metálicos o de carbono, pero sin obtener algo realmente operativo. En este punto Edison empieza sus investigaciones, metódicamente probó con mas de 2.000 filamentos, hasta encontrar que un hilo de bambú carbonizado estuvo 48 horas encendido. Patentó su bombilla de filamento de carbón, y con ella iluminó su laboratorio.

Su bombilla fue muy popular, pero tenía un problema, el carbón se desprendía del filamento, oscureciendo el cristal. Estudiando la forma de evitarlo, introdujo un segundo filamento con la esperanza que atrajera los restos, descubrió que no era así, introdujo una chapa metálica rodeando el filamento principal, tampoco conseguía lo deseado, pero como era un gran observador, notó que al variar la corriente en esa chapa alteraba la corriente del segundo, lo que se conoce como efecto termoiónico o efecto Edison, que ya se conocía anteriormente al calentar objetos cargados, pero cuando Edison lo describió, permitió que se investigara el fenómeno de manera mucho mas sencilla, lo que posteriormente  fue el origen de las lámparas termo iónicas, lámparas de vacío, o simplemente lámparas, que abrieron el camino a la moderna electrónica. 

El cine

Edison fue uno de los pioneros en el cine, tras ver el invento de los Lumiere, se interesó en el sistema, desarrolló sus propias patentes, ideó una máquina que denominó kinetoscopio en 1889, una caja cerrada con un pequeño visor, dentro tenía una película de cine en un bucle y una bombilla. Comenzó a poner máquinas en las ferias, que por una moneda permitían ver unos minutos de una película, siendo muy conocido una de un combate de boxeo importante de la época, para verlo completo había que usar varios kinetoscopios. Intentó una variante sonora con el kinetófono, pero no acabó de funcionar bien al no sincronizar voz e imagen adecuadamente, aun así se conservan tres pequeñas muestras de lo que podemos denominar el primer cine sonoro.

Este aparato está basado en uno de 1888 denominado zoopraxiscopio de  Eadweard Muybridge, proyectaba fotografías una tras otra usando un pequeño carrusel, lo que daba impresión de movimiento, según dicen quiso asociarse con Edison para añadir sonido con su fonógrafo, pero Edison vio el potencial y patentó su propio invento, mucho mas desarrollado.

Posteriormente, creó la Edison Studios en New York, primera productora americana, donde comenzó a grabar sus propias películas, destacaré la primera versión de Frankenstein en el cine en 1910, con 14 minutos de duración.

Pero también distribuía copias ilegales de otras películas, principalmente las europeas y sobre todo las de Georges Méliès. Esto creaba denuncias continuas, lo que le llevó a intentar distanciarse de New York, por lo que la trasladó a California, entonces muy alejando, por lo que es el iniciador del moderno Hollywood.

Las polémicas

Hay una gran polémica sobre que no hizo nada, solo se apropió de ideas y patentes de otros, lo que solo es parcialmente cierto, sin querer justificarlo, si vemos la historia de la bombilla o la del cine, en algunos casos usa sus ideas, en otros se basó en ideas de otros, en otros se las apropió, pero a diferencia de los demás, Edison convertía una idea en un producto útil y práctico, su gran mérito la mayoría de veces no fue crear algo, sino hacerlo práctico y que se pudiera usar, y ponerlo al alcance de todos.

 

viernes, 5 de julio de 2024

Historia de la electricidad (XXI): La década de los ingenieros. El teléfono

Tras la etapa de las investigaciones teóricas, entramos en la edad dorada de los ingenieros que pusieron la electricidad en industrias y hogares, con mucha gente estudiando como dar forma práctica a la teoría, las luchas por las patentes fueron lo habitual, como ya vimos en el caso del telégrafo, por tanto el que pasa a la historia es el que consigue la patente, aunque quizá no con el mejor diseño. El primer invento importante fue el teléfono, que tiene muchos padres, hablaré de los 3 principales aspirantes.

El teléfono. La pugna por ser el primero (en registrar la patente)

La lucha por la patente del teléfono fue una de las mas complejas, ya que Bell recibió mas de 600 demandas, aunque las ganó todas, hay otros dos inventores que presentaron sus ideas en EE.UU., que hacen dudar de quién fue el primero.
 
La patente de Bell fue el 7 de marzo de 1876, pero el 14 de febrero de 1876 Gray había presentado una patente simplificada (un cáveat), con validez temporal por un año, sobre un diseño de teléfono que utilizaba un transmisor de agua. Finalmente se le concedió preferencia a Bell por una patente definitiva y no una patente provisional de una idea no desarrollada.
 
Pero sobre todo el principal candidato fue el aparato del italiano Antonio Meucci, que no tuvo el dinero necesario para registrar la patente, y que ya en 1860 hizo una demostración pública de su invento, el teletrófono, y al que el congreso de EE.UU. en el año 2002 declaró como el inventor legítimo del teléfono (gesto inútil pues no sirvió para nada tras más de 100 años).

Pero patentar es una cosa, y lo que hizo Bell es convertirlo en un medio de comunicación de masas tras fundar la Bell Telephone Company, que es todavía una importante empresa de telefonía,  y comenzar a cablear EE.UU.

Alexander Graham Bell

Nacido en Escocia en 1847, de niño no era buen estudiante, salvo para temas de biología, y buen músico, aprendió a tocar el piano sin clases. Luego estuvo con su abuelo en Londres un año, donde adquirió el afán del conocimiento, leía y estudiaba sobre ciencia, y por insistencia de su abuelo oratoria y como hablar en público. Estudió lenguas clásicas en la universidad, y siempre estuvo muy interesado en los estudios sobre el sonido y la electricidad, envió un trabajo sobre transmisión de sonido usando diapasones, pero le dijeron que ya se había publicado algo similar antes. En 1870, tras la muerte de su hermano mayor, la familia se trasladó a Canadá, donde comenzó a trabajar con niños sordos, luego fue a Estados unidos donde se nacionalizó en 1882.

Primero en Canadá y luego en Boston, montó un laboratorio para trabajar en temas de electricidad y sonido, donde pudo conseguir cosas como transmitir el sonido de un piano usando electricidad. Su idea era transmitir varias frecuencias por una línea  telegráfica, lo que se denomina telegrafía armónica, lo que conseguiría enviar varios mensajes simultáneamente, y así aumentar el tráfico telegráfico sin tender nuevos cables. Su idea era buena, consiguió financiación y a falta de conocimientos de ingeniería, contrató a Thomas A. Watson como ayudante, y tras una rotura en su aparato, vio que se podía transmitir la voz, aunque muy poco inteligible. Siguieron por esa vía, y aun sin conseguir el resultado final, Bell quiso patentar su invento para que no se le adelantaran. Al poco tiempo consiguieron un desarrollo funcional.
 
 
Patente original de Bell (fuente Wikipedia)

 
Instaló un aparato en su casa y otro en una oficina telegráfica a 8 Km, y el 3 de agosto de 1876 hizo la primera llamada, se oyeron las voces pero no muy claras, y la noche siguiente hizo lo mismo en sentido contrario, y esta vez si fue un éxito. Fundó la Bell Telephone Company en 1877, comenzó a instalar teléfonos y en 10 años tenía 150.000 abonados. 

En 1879 adquirió las patentes de Edison para el micrófono de carbón, mejora importante que permitía
hablar sin necesidad de gritar como hasta ese momento, y así pudo comenzar la telefonía a larga distancia. El 25 de enero de 1915 Bell desde Nueva York llamó a Watson en San Francisco con éxito. Luego se tendieron cables submarinos y comenzó el tráfico telefónico entre EE.UU. y Europa.


Primera llamada de costa a costa. Fuente Wikipedia

Antonio Meucci (Italia, 1808-1889)

Estudió ingeniería y dibujo en Florencia, en un momento convulso de la historia italiana en el momento de su unificación, con muchas conspiraciones a favor y en contra, fue acusado de conspirador y encarcelado tres meses, por lo que al salir emigró con su mujer a EE.UU.

Allí creó una fabrica de velas de parafina con un procedimiento que ideó y patentó, donde acogió y ayudó a muchos emigrantes italianos, entre ellos a Garibaldi. En 1854 construyó un teléfono para conectar su oficina con su dormitorio dos pisos mas arriba, para atender a su mujer en cama. Sin embargo al no disponer del capital prefirió emplearlo en otras patentes que fueran mas rentables.

En 1860 hizo una demostración pública de lo que denominó teletrófono, muy elogiada por la prensa, pero cedió el prototipo a una persona para su estudio que la llevó a Italia, del que no se volvió a saber nada.

Al ser muy caras las patentes, registró en diciembre de 1871 un cáveat (documento donde expresas que están trabajando en algo que luego patentarás), con validez de un año, que pudo renovar por un segundo año.

Tras un accidente con graves quemaduras, su esposa empeña todo lo que puede para obtener dinero, pero al reponerse e intentar recuperarlo no lo consigue pues había sigo ya vendido. Los conspiranoicos piensan que fue Bell el que lo compró, pero no hay ninguna prueba.


Elisha Gray (Estados Unidos, 1835-1901)

De origen humilde, estudió desde joven temas relacionados con la electricidad, interesado en la transmisión del sonido. Fundó en 1872 la Western Electric Manufacturing Company, empresa de ingeniería con una historia y desarrollos interesantes.
 
En 1874 hizo la primera demostración pública de su teléfono en los locales de su iglesia, trasmitiendo por el cable del telégrafo tonos musicales, usando para ello el primer sintetizador de música que también es invento suyo, y desarrolló un primitivo altavoz para poder escuchar los sonidos de su sintetizador.

Su teléfono usaba un micrófono líquido, mucho menos sensible que el de Bell, por lo que su aparato era realmente inferior, pero mas adelante la AT&T, empresa del grupo Bell, compró a la Western Electric en 1881, acabando definitivamente con la lucha por los derechos de patente. Desde entonces desarrolló los teléfonos de la AT&T, destacando como los aparatos mas fiables desde 1920 por el control de calidad que implementaron. En el interior de los teléfonos de la AT&T las piezas estaban marcadas como WE, hasta que en 1996 se la renombró como AT&T Technologies, y al poco sus siglas desaparecieron de los teléfonos..

 

miércoles, 3 de julio de 2024

Historia de la Electricidad (XX): El fin de los generadores electrostáticos, Maxwell completa la teoría


Entramos en una época importante, estas contribuciones marcan los últimos coletazos de los generadores electrostáticos para producir altas intensidades, y abren la puerta al siglo de los ingenieros, que pusieron la electricidad en la vida cotidiana.

Ernst Werner M. von Siemens (actual Alemania, 1816-1892)

Fue el mayor de 14 hermanos, al quedar huérfanos y siendo el varón mayor, a los 24 años tuvo que sacar adelante a sus hermanos, por lo que no puedo estudiar. Ingresó en el ejercito prusiano donde alcanzó el grado de teniente. En 1841 desarrolló un proceso de galvanización, en 1846 un telégrafo de aguja y presión y un sistema de aislamiento de cables eléctricos mediante gutapercha, un tipo de goma extraída de un árbol, similar al caucho. 

En 1847 creó la todavía existente Siemens AG, una de las grandes empresas de Alemania, desde donde emprendió grandes proyectos, siendo pionero en el tendido de líneas telegráficas submarinas, aisladas con gutapercha, comenzando con la que unía Irlanda y EE.UU, en 1874, o el tendido de líneas entre  Gran Bretaña y la India en 1870.

Ideó un telégrafo con puntero/teclado para hacer transparente al usuario el código Morse, usando un sistema similar al del telégrafo de agujas, lo que condujo a la telegrafía con caracteres, y permitió a las empresas disponer de líneas propias sin necesidad de conocer código morse, lo que se ve en muchas películas antiguas relacionado con resultados en la bolsa.

También creó la primera locomotora eléctrica (ya hablaré de motores mas adelante), presentada por su empresa en 1879, una de las ramas actuales importantes de la Siemens es la producción de vagones para metros y tranvías.

Otras contribuciones importantes

Por no extenderme demasiado, agrupo y condenso a varios personajes importantes:
  • Charles Wheatstone (Inglaterra, 1802-1875): Comenzó siguiendo la tradición familiar como músico, donde realizó varias contribuciones interesantes, pero en el tema de la electricidad contribuyó con varios temas importantes, como la medición de la velocidad de la transmisión de las electricidad en los cables,para lo que necesitó idear un sistema de medición de tiempos muy pequeños denominado cronóscopo. En 1843 ideó los que se denomina puente de Wheatstone, que permite medir el valor de las resistencias (es el primer multímetro), y diseñó el telégrafo de agujas junto a Cook (ver al entrada anterior sobre Morse).
  • James Prescott Joule (Inglaterra, 1818-1889): Uno de los mejores físicos de su época, definió la relación entre electricidad, calor y trabajo en sus escritos de 1840 a 1843
  • Gustav Robert Kirchhoff: (Actual Alemania, 1824 -1887): A partir de trabajos anteriores de Gauss (ver entradas anteriores) definió las leyes de Kirchhoff en 1845, que se usan mucho en el análisis de circuitos. También estudió varios temas que condujeron al desarrollo de la quantica.
  • William Thomson (más conocido como Lord Kelvin, Inglaterra 1824-1907): Estudió la relación entre los efectos Seebeck y Peltier en 1851 (ver entradas anteriores), pero su contribución mas practica fue el tendido de varios cables submarinos entre Irlanda y Estados Unidos.
  • Heinrich Daniel Ruhmkorff (Alemania, 1803-1877): Creó en 1851 la bobina de Ruhmkorff, que  genera chispas de alto voltaje, es una tipo de transformador que a partir de la continua generada por las pilas o acumuladores, produce alterna de alta intensidad, lo que significó el fin de la generación de la electricidad estática como fuente de alta intensidad.
  • Léon Foucault (Fráncia, 1819-1876): Además del péndulo que lleva su nombre con el que se demuestra la rotación de la Tierra, y de medir con bastante precisión la velocidad de la luz, descubrió las corrientes de Foucault en 1851, importante para el diseño de los transformadores.
  • Zénobe-Théophile Gramme (Bélgica, 1826-1901): Ideó la primera dinamo en 1870. siendo el primer generador de corriente continua lo que reemplazó a las pilas y acumuladores rápidamente.
  • Johann Wilhelm Hittorf (Alemania, 1824-1914): Estudiando el paso de corrientes de electrones por los gases, ideó en 1872 el primer tubo de rayos catódicos, lo que mucho después fueron los tubos de las televisiones.

James Clerk Maxwell (Escocia, 1831-1879)

De familia acomodada, asistió desde pequeño a las conferencias de la Royal Society en Edimburgo. Antes de la universidad, ya publicó varios trabajos científicos y matemáticos, como estudios de figuras geométricas, ayudado por sus dotes en el dibujo. Estudió en las universidad de Edimburgo y luego pasó a Cambridge, y a los 25 años comenzó como profesor, lo que representaba ser 15 años mas joven que la media de profesores del momento. 

Las cuatro ecuaciones de Maxwell de 1875 definieron las bases teóricas del electro-magnetismo, unificando electricidad, magnetismo y luz como tres manifestaciones de radiación electromagnética. A partir de estas ecuaciones, definió la posibilidad de las ondas de radio, que luego se concretaron en la telegrafía sin hilos.

La suya fue la segunda teoría unificada tras las definidas por Newton, hoy se lucha por la tercera gran unificación sin éxito, incluir la gravedad en las ecuaciones. Sus formulas fueron la base que utilizó Einstein en su teoría de la relatividad, y las que utilizó Planck como base de la mecánica cuántica.

martes, 2 de julio de 2024

Historia de la Electricidad (XIX): Comienza la parte práctica. El telégrafo


Antes de entrar en la edad de la electricidad, con la pugna Alterna-Contínua o Tesla-Edison como se prefiera denominar, comienza el uso de la electricidad para mover motores. De estos haré una entrada aparte pues tienen bastante de lo que mencionar.

Samuel Morse (EE.UU. 1791-1872)

Fué un gran aficionado a las ciencias, pero comenzó su carrera como pintor. Viajó a Inglaterra a estudiar dibujo, donde desarrolló la técnica del retrato y su afición por las escenas históricas, a su regreso se ganó bien la vida haciendo retratos. Se casó, tuvo 4 hijos, quedó viudo, viajó nuevamente a Europa, donde amplió conocimientos de la electricidad, y en el viaje de regreso desarrolló su idea del telégrafo.

El desarrollo fue laborioso, ya que la electricidad tiene grandes pérdidas al recorrer grandes distancias por los cables, lo que lo hacía muy poco práctico pues las distancias se limitaban a 3 kilómetros, pero lo solucionó añadiendo cada ciertos intervalos relés repetidores, con lo que amplió el alcance de sus pruebas hasta los 16Km.

Hizo una primera demostración pública el 6 de enero de 1833, y en 1835 desarrolló comercialmente el telégrafo, dejó la pintura (realmente una lástima pues era un gran pintor), realizó una gran demostración pública de larga distancia el 11 de enero de 1838, y tras mucho pelear con el gobierno e intentar lo mismo con algunos gobiernos europeos, comenzó a instalar su telégrafo para el gobierno de los Estados Unidos. La primera línea fue entre Baltimore y Washington con 60km. En esa época las noticias podía tardar días en recorrer esa distancia, tuvo un gran éxito al informar del resultado de la convención para seleccionar el candidato a presidente por el partido Whig (hoy desaparecido) desde la sede de Baltimore al Capitolio en Washington, el 1 de mayo de 1844, pocos minutos tras el resultado. Poco después, el día 24, transmitió en sentido contrario una cita de la Biblia, lo que hizo triunfar a su invento, y comenzó a tender cables telegráficos con su empresa por todo el país.
 
Como curiosidad, en esa época había una gran oposición a ese invento, al que se le atribuían los males del momento, como está ocurriendo con el 5G actualmente, hay cosas de las que no aprendemos.

Cuando intentó patentar su invento, se encontró que ya había un registro anterior para un telégrafo de agujas en 1837 desarrollado en Inglaterra por Cooke y Wheatstone, pero la superioridad de su invento hizo que se adoptara en todo el mundo, salvo en el imperio británico que uso el otro sistema. 

Pero lo que acabó de convertir el telégrafo en imprescindible fue la guerra civil americana, donde Grant informaba de sus progresos en directo a Lincoln, transmitía órdenes o solicitaba material, por lo que uno de los objetivo militares era capturar el telégrafo del enemigo para o bien conocer sus mensajes, o bien cortar la línea.

El sistema de Morse

El sistema ideado por Morse era muy sencillo, usando un solo hilo de señal y el de masa (en los tendidos se usaba la propia tierra como masa por lo que no necesitaba dos cables realmente). Basando en que al conectar el interruptor en el cable se produce un chispazo, comenzó a estudiar como usar esto en la comunicación. Luego cambió la chispa por una bobina que hacía de electro imán,  por lo que cuando pulsaba el interruptor en un lado del circuito, en el otro un lápiz bajaba sobre una cinta en movimiento, trazando una línea mientras estuviera el interruptor pulsado. Esto lo combinó con la idea de un sistema de codificación basado en puntos y rayas, realmente contactos cortos y largos, por lo que ya se disponía de un sistema de comunicación eficiente, y al quedar registrado en papel no hacía falta traducir el código a texto inmediatamente.

Para operar el sistema, se activaba repetidamente el pulsador para llamar la atención del receptor, y cuando este confirmaba poniendo en marcha la cinta de papel, se comenzaba la transmisión. Para poder ampliar indefinidamente las señales repartidas entre muchos destinos, además de los Relés Repetidores, había estaciones que hacían lo mismo manualmente, recibían la señal por una línea y la enviaban por otra diferente, de esta manera se podía transmitir en minutos un mensaje a cualquier estación de la red.

Este sistema era muy sencillo y robusto, poco sensible a interferencias, y se podía enviar y recibir los textos muy rápido, por lo que enseguida ganó al sistema de agujas.

El telégrafo de agujas

Este era mas complejo y mucho menos preciso, por lo que acabo desapareciendo. Se necesitaban 6 hilos, 5 de señales y uno de masa, y como no descubrieron que podía usar la tierra para eso tardaron en suprimir ese hilo. Cada hilo movía un solenoide con una aguja en dos posiciones, hacia la derecha o hacia la izquierda. Las agujas siempre se movían de dos en dos, estaban distribuidas en un panel romboidal en la línea central, siguiendo donde apuntaban las dos agujas que se habían movido señalaban una letra.


Telégrafo de 5 agujas. Fuente: https://www.ea1uro.com

Para transmitir se usaba un pequeño teclado, al pulsar una tecla se movían las agujas necesarias automáticamente.

Este sistema estaba basado en uno anterior desarrollado en Francia, con solo dos agujas moviéndose como lo hacían los postes de señales ópticas manuales del momento, con un diseño algo más sencillo.

Torre óptica de señales. Fuente: https://www.ea1uro.com
 

 
Telégrafo de 2 agujas. Fuente museopostalytelegrafico.es

Estos sistemas eran menos robustos, ya que usaban mas hilos y eran mas sensibles a interferencias o a fallos mecánicos que trababan las agujas, además de ser mas lentos de manejar, por lo que fueron reemplazados por el sistema de Morse.

lunes, 1 de julio de 2024

Historia de la Electricidad (XVIII): La teoría electro-magnética avanza


    A partir de aquí la electricidad avanza en dos frentes, la parte teórica no para de progresar, pero va  acompañada por los logros prácticos que no se quedan atrás, la primera mitad del siglo XIX es una continua sucesión de descubrimientos e invenciones, que hacia el final del siglo logran que la electricidad sea ya algo práctico en fábricas y se introduzca en los hogares. Vamos más rápido en esta parte que avanza en la parte teórica que llegará a su máximo con Maxwell.
     

    Georg Simon Ohm (Alemania, 1789 - 1854)

    Este alemán hijo de un cerrajero fué impulsado a estudiar por su padre, y lo hizo de forma mas autodidacta que formal, ya que no le gustó su paso por la universidad. Trabajó de profesor en pequeñas escuelas con bajos sueldos para subsistir, hasta que en 1817 consiguió al fin un buen puesto y pudo compaginarlo con la investigación.

    En 1827 publicó sus trabajos, en el que destaca la relación entre voltaje, corriente y resistencia, conocida como la ley de Ohm, que indica que Voltaje = Intensidad por Resistencia, que es la base de la teoría de circuitos. A esta misma conclusión llegó Henry Cavendish varios años antes (parece que en 1781), pero no publicó sus resultados al no disponer de instrumentos de medida ni una fuente de corriente fiable, y hubo que esperar casi 100 años a que Maxwell hiciera publicos sus trabajos en 1879, y en ciencia el padre de una idea es el que la publica primero de forma razonada y detallada para que se puedan confirmar de manera independiente sus investigaciones. La unidad de resistencia electrica recibe el nombre de Ohmio en su honor.

    Joseph Henry (EEUU 1797 - 1878)

    De familia humilde tuvo que trabajar desde niño, comenzó en unos almacenes y a los 13 años era aprendiz de relojero, a los 16 lee un libro sobre ciencia, estudia y logra alcanzar plaza de profesor en 1826. Fue conferenciante y también un gran administrador, bajo su dirección avanzaron varias sociedades científicas americanas.

    Tuvo la costumbre de publicar tarde sus resultados. Conociendo el experimento de Ørsted, sus experimentos le llevan a descubrir la inducción electromagnética en 1830, pero al no publicar sus resultados el descubrimiento se atribuye a Faraday, el primer motor eléctrico en 1832, y el telégrafo en 1831, haciendo efectivo en 1835 para largas distancias, pero no lo patentó, y fué Morse con ayuda de Henry y financiación del Congreso de los Estados Unidos el que montó la primera línea telegráfica.

    Johann Carl Friedrich Gauss (Alemania, 1777-1855)

    Gauss fue un gran matemático, interesado por muchos temas, como la astronomía o la física. En este campo, junto a su amigo Wilhelm Weber, profesor de física en Gotinga, realizaron investigaciones importantes en magnetismo. Su principal contribución a la electricidad es la Ley de Gauss, que relaciona las cargas con el campo eléctrico,lo que permitió desarrollar por ejemplo las Leyes de Kirchoff para el análisis de los circuitos. En el sistema CGS la unidad de intensidad del campo magnético se mide en Gauss (en el sistema métrico decimal se mide en Teslas).​

    Michael Faraday (Inglaterra, 1791-1867)

    No tuvo un educación formal, su profesora se burlaba de el por no pronunciar bien, su padre le sacó del colegio, y acabó como aprendiz de encuadernador, lo que le dio la oportunidad de leer muchos libros de ciencia, por inteligencia, energía y tesón acabó siendo uno de los científicos mas influyentes del momento y uno de los grandes de la historia. Estudió temas importantes en química, donde comenzó como asistente de Humphry Davy, investigando en gases y en compuestos de Carbono. En este campo cabe destacar una invención suya que dio lugar el Mechero Bunsen, que es usado desde entonces en todo laboratorio químico. También contribuyó en el estudio de la polarización de la luz, y fue uno de los que comenzaron el estudio de la electro-química.

    Estudió como las corrientes en un cable cambiaban el campo magnético, definiendo las leyes de la inducción magnética en 1831, lo que dio lugar al primer generador que desarrolló entre 1831 y 1832, y posteriormente definió o que se conoce como Ley de Faraday, que relaciona la velocidad del movimiento del cable con el campo magnético producido. También es importante por descubrir lo que se denomina Jaula de Faraday, que permite evitar las interferencias en los circuitos eléctricos.

    Sus trabajos fueron fundamentales para el desarrollo de los motores eléctricos. El nombre de la unidad de capacidad eléctrica, con la que se miden los condensadores o capacitores, se denomina Faradio en su honor.  

    Además de la pare teórica, creó el primer motor eléctrico, el Motor Homopolar, aunque no sirve para mover algo. En un tarro con mercurio introdujo un imán y un cable, al proporcionar electricidad al cable este comienza a girar alrededor del imán. Hoy día se reemplaza el mercurio por salmuera, que es menos tóxico.

    Heinrich Friedrich Lenz (Actual Estonia, 1804-1865)

    Imitó a Darwin dando la vuelta al mundo en un viaje científico, donde estudió el clima y el agua marina. En el tema de la electricidad definió la ley de Lenz en 1834, estableciendo la relación entre la variación del flujo magnético y la dirección y fuerza de la corriente eléctrica. También preparó el campo para lo que se conoce como Ley de Joule por ser ampliada y mejorada por este, en la que se relaciona la conductividad con la temperatura.

    Jean Peltier (Francia, 1785-1845)

    Aunque trabajó como relojero con Breguet hasta los 30 años. luego pasó a la ciencia, donde descubrió el efecto Peltier en 1834, aplicando electricidad a dos placas de diferentes materiales, una se enfría mientras la otra se calienta, lo que es usado en neveras portátiles hoy día. ), y la inducción electrostática en 1840, definiendo como las cargas estáticas influyen en objetos cercanos sin necesidad de contacto.