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.