1.- La electricidad y el magnetismo eran fenómenos diferentes
Los fenómenos eléctricos eran conocidos desde la antigüedad. Thales de Mileto describió algunas pruebas en este sentido. Sabía que al frotar una barra de ámbar o de vidrio, con un paño de lana o piel, la barra adquiría la propiedad de atraer pequeños trozos de hojas secas y que frotando mucho tiempo podían soltar pequeñas chispas.
En el Diálogo Ión de Platón (428-348 a.C.), Sócrates hablaba de la magnetita, una piedra abundante en la ciudad griega de Magnesia y que los antiguos habían observado que los trozos de estas piedras se atraían entre sí y también atraían a pequeños objetos de hierro.
Estas manifestaciones eran conocidas, pero se consideraban pequeñas fuerzas ocultas en la naturaleza misteriosas y fascinantes. La explicación de estos fenómenos abrió la vía a las más curiosas especulaciones teóricas. Pero en el siglo XVII comenzaron los estudios científicos de la electricidad y el magnetismo basados en la experimentación.
W. Gilbert (1544-1603) en su obra en seis tomos: De Magnete, Magneticisque Corporibus, et de Magno Magnete Tellure (1600). (Sobre el imán y los cuerpos magnéticos y sobre el gran imán la Tierra), experimentó y concluyó que la aguja de una brújula apunta de norte a sur y se inclina hacia abajo porque la Tierra actúa como un enorme imán con dos polos magnéticos que definió correctamente.
Igualmente, Gilbert realizó un estudio cuidadoso de electricidad y magnetismo. Antes del siglo XVII se pensaba que la electricidad y el magnetismo, seguramente por tener propiedades análogas, debían tener la misma causa misteriosa en ese origen oscuro. Los experimentos de Gilbert mostraron una clara diferencia entre estas. Como, por ejemplo:
La electricidad estática se genera por fricción, mientras que el magnetismo existe siempre, haya fricción o no, En ambiente húmedo, el poder atractivo de la electricidad estática, mientras que la atracción magnética no se ve afectada por la humedad.
Los imanes solamente pueden atraer al hierro y otros cuerpos magnéticos, pero los objetos cargados eléctricamente pueden atraer a un gran número de materiales diferentes no cargados. Finalmente, los imanes pueden elevar cuerpos pesados, mientras que la electricidad estática sólo puede hacerlo con cuerpos pequeños.
Con estas observaciones y otras Gilbert pensó que los dos comportamientos no estaban relacionados. En el año 1600 no era posible ya que para encontrarla era necesario haber dispuesto de una corriente eléctrica ese importante avance para el estudio la electricidad y el magnetismo lo hizo A. Volta (1745-1827), que inventó la primera pila eléctrica dos siglos después y Gilbert realizó sus experimentos con la electricidad estática.
2.- El almacenamiento de la electricidad
En 1660 Otto von Guericke (1602-1686), construyó el primer generador electrostático Consistía en una bola de azufre que se le hacía girar en torno a un eje con una manivela con una mano y producía electricidad al frotarse con la otra.
La esfera de azufre podía acumular una gran cantidad de carga y se podía descargar acercándole el extremo de un conductor. Con la bola del generador cargada, von Guericke observó muchas manifestaciones que hoy asociamos a la electricidad estática, tales como chispas, chispazos y atracción o repulsión de objetos ligeros. Pero Los científicos observaron también que las sustancias cargadas de electricidad (como la bola de azufre de Guericke) perdían casi inmediatamente su carga cuando se encontraban al aire libre.
En 1745, E. J. von Kleist (1700-1748), para evitar el problema de las pérdidas de carga, tuvo una idea de gran repercusión y utilidad científica. Pensando que la electricidad era un fluido diseñó un recipiente para almacenar la carga, que se conoció como botella de Leyden. Comenzó pensando una botella llena de agua o de mercurio.
La botella de Leyden fue el ingenio precursor de los condensadores. De hecho, del estudio y de las sucesivas innovaciones aparecieron los condensadores. Después de estudiar que diseños eran mejores para almacenar la carga dentro de la botella se adoptó el del profesor de Leyden P. van Musschenbroek (1692-1761) que consistía en una botella vacía con una capa metálica por dentro y otra por fuera
La botella de Leyden tenía la característica esencial de los condensadores, es decir, dos superficies conductoras separadas por una capa dieléctrica de poco grosor, y en cuyo interior se puede almacenar cierta cantidad de carga eléctrica. El condensador es un dispositivo imprescindible para la tecnología actual.
La fuerza de la electricidad “embotellada” pronto mostro la fuerza de sus descargas. Y aunque el abad y físico francés J.A. Nollet (1700-1770) había comprobado que animales de pequeño tamaño como pájaros, ratones o peces morían instantáneamente al recibir el rayo de la descarga de una botella de Leyden. Lo que parecían experiencias de salón se estaba transformando en una fuerza inimaginable. Y muchos empezaron a pensar que las descargas de la botella eran de la misma naturaleza que los rayos que se producían en las tormentas.
Uno de los primeros en sufrir las consecuencias de esta fuerza desmedida fue el propio Musschenbroek. Para probar la carga de su botella la llenó con agua y la cerró con un corcho. Mientras la sostenía con una mano, introdujo el extremo de un alambre metálico a través de un tapón y el otro extremo lo unió a un generador de electricidad estática (parecido al de von Guericke), que puso en marcha. Transcurridos varios minutos no pasó nada y detuvo el generador. Pero cuando quiso extraer el cable de la botella, lo tocó con la mano desnuda y sufrió sacudida tan fuerte que lo dejó sin sentido.
Lo que había ocurrido fue que el agua había conservado la electricidad que le había llegado del generador por medio del alambre y, como el cristal es aislante y la electricidad no podía salir de la botella, mientras Musschenbroek solamente sujetaba la botella no sufrió ningún daño, pero cuando tocó el cable, la electricidad acumulada encontró una vía para salir de la botella hasta el suelo a través del cable y del propio Musschenbroek, que, como todos los seres humanos, era buen conductor de la electricidad.
3.- Las descargas eléctricas
En 1745 B. Franklin (1706-1790) comenzó con sus experimentos de electricidad. Tenía la sospecha de que los rayos de las tormentas eran descargas eléctricas como las de la botella de Leyden y quería demostrarlo. Franklin era un entusiasta de las botellas de Leyden y contaba una anécdota curiosa en la que describía cómo fue víctima de la descarga de botella de Leyden: En una ocasión almacenó una gran cantidad de carga conectando varias botellas y se le ocurrió comprobar si con la descarga podía matar a su pavo de Navidad; porque, quizás, la carne estaría más tierna después. El pavo no colaboró, en el forcejeo se escapó, y fue Franklin quien recibió la descarga. Con excelente sentído del humor resumía el suceso años después: Intenté matar un pavo y casi logro matar un ganso.
Sin duda una de las historias más conocidas de la electrostática fue la de B. Franklin (1706-1790) y sus cometas en días de tormenta. Observando cómo se descargaban las botellas de Leyden constató que al vaciarse emitía una chispa similar a un relámpago y un sonido parecido al trueno o a una detonación. En 1751 hizo volar una cometa con una punta metálica en una tormenta, la cometa iba unida a un hilo de seda. Al final, cerca de Franklin, había un segundo hilo con una llave de metal. Llegó a almacenar energía proveniente de rayos de las nubes en botellas de Leyden.
En poco tiempo encontró una aplicación práctica de su experimento: el pararrayos. Había observado que las botellas se descargaban antes si tenían una aguja, y como había llegado a la conclusión de que los rayos que iban a los edificios estaban cargados, pensó en poner una varilla metálica puntiaguda y conectarla al suelo para que se descargara la nube.
En 1752 publicó sus resultados en Poor Richard’s Almanac y la acogida de su invento fue extraordinaria. ya que se instalaron pararrayos en muchos edificios de Filadelfia y otras grandes ciudades.
En el siglo XVIII, entre otros avances, los científicos comprobaron que la electricidad podía transmitirse de un cuerpo a otro sin necesidad de que estuvieran en contacto directo, bastaba con unirlos con un alambre metálico o simplemente con una con una cuerda humedecida Sin embargo la electricidad no se transmitía si se conectaban con seda, madera o cerámica. Esto significaba que había cuerpos conductores, como el agua o los metales, que dejaban pasar fácilmente la electricidad mientras que había otros cuerpos, como la seda o la madera que no lo permitían: los aislantes.
La máquina de truenos
A mediados de siglo XVIII se había reconocido, en buena medida gracias a los experimentos con la botella de Leyden, que la electricidad de las nubes y la que se producía al frotar una barra de ámbar eran de manifestaciones del mismo fenómeno.
Con una hipótesis de trabajo semejante a la de Franklin, en 1753, los científicos rusos G. Richmann (1611-1753) y M. Lomonósov (1711-1765) estudiaban los fenómenos eléctricos de la atmósfera. (Un año antes, Franklin había publicado el experimento de la cometa, en el que había demostrado la naturaleza eléctrica del relámpago).
Richmann y Lomonósov diseñaron un artilugio, que denominaron máquina de los truenos, para estudiar la electricidad durante una tormenta. La máquina estaba formada por un poste de madera, terminado en una punta metálica en el tejado, un cable metálico, conectado a la punta del poste que entraba por una ventana de una de las habitaciones, sin entrar en contacto con ningún punto del edificio. El cable acababa en una varilla metálica, de la que colgaba un hilo de seda. El ángulo de inclinación del hilo de seda, permitía calibrar la carga que tenía la varilla. En tiempo de tormentas el ingenio se cargaba de electricidad hasta tal punto que se escuchaba chasquear a varios metros de distancia. El montaje fue mejorado, Richmann descubrió que la carga que almacenaba el ingenio aumentaba si se colocaba una jarra de cristal con agua en el interior de un cilindro, es decir, un artilugio análogo a botella de Leyden. Este era, a grandes rasgos, el montaje que tenía Richmann en su casa cuando sucedió el fatal accidente durante una tormenta de verano. Se escuchó un sonido semejante un disparo, y se sintió un olor un olor a azufre que se extendió por toda la casa.
Cuando Lomonósov entró en la habitación encontró al fondo, sobre un baúl pegado a la pared, el cuerpo sin vida de su querido amigo Richmann. En la habitación de Richmann, puerta había sido arrancada y lanzada al interior, el marco de la puerta se había desprendido, los restos del aparato calcinados Richmann tenía quemaduras en su ropa causados por los fragmentos incandescentes. Media jarra de cristal también se había roto.
Las causas del trágico accidente a fue que la ventana de la habitación contigua estaba abierta, lo mismo que la puerta que separaba ambas habitaciones. Quizás el viento ayudó a que la electricidad acumulada saltara del aparato al pobre Richmann.
A finales del siglo XVIII la electricidad era una fuerza peligrosa. Para investigar sobre ella con seguridad era necesario producir corrientes eléctricas duraderas, de menor intensidad y que se movieran por circuitos previamente trazados. Este objetivo se cumpliría en el siglo XIX con el invento de la pila de Volta y los generadores electromagnéticos.
