La fuerza eléctrica - De Tales a Van de Graaff

Alrededor del año 600 antes de Cristo un filósofo griego llamado Tales de Mileto (640-546 a. C.) encuentra que el ámbar (elektron en griego), una resina vegetal fósil, al ser frotado con lana tiene la capacidad de atraer cuerpos ligeros, de poco peso, como plumas. Tales creyó que esto se producía debido a un “espíritu” que se encontraba dentro del ámbar, al cual llamó elektron y de ahí se deriva la palabra electricidad.

En el año 310 a. C., otro griego, Teofrasto, realizó un estudio sobre los diferentes materiales que eran capaces de producir fenómenos eléctricos y escribió el primer tratado sobre la electricidad.

Durante varios siglos la investigación sobre la electricidad quedó olvidada, recién a principios del siglo XVI comienzan a realizarse los primeros estudios sobre la electricidad y el magnetismo. Estas investigaciones estaban dedicadas a mejorar los estudios de navegación con brújula magnética.

William Gilbert, físico británico que vivió entre 1540 y 1603, utiliza por vez primera la palabra electricidad. Fue quien comprendió la propiedad de atracción del ámbar, al observar que otros objetos adquirían una propiedad similar al ser frotados con un trozo de seda. Se dedicó a estudiar cuidadosamente los fenómenos eléctricos y magnéticos, dejando en claro las diferencias entre los fenómenos de naturaleza eléctrica y los de naturaleza magnética.

Un físico alemán llamado Otto von Guericke construye alrededor del año 1670 la primer máquina que genera carga eléctrica. Era un generador que almacenaba electricidad estática. Dicha máquina constaba de una esfera de azufre, la cual era atravesada por una varilla que funcionaba como eje; al hacer rotar la esfera de azufre, colocando las manos sobre ella, se producía una carga estática que hasta el momento no se había podido realizar.

En el año 1707 el inglés Francis Hawksbee perfecciona la máquina de Otto von Guericke usando una esfera de vidrio en vez de azufre. A Hawksbee se le atribuye también el primer experimento de iluminación fluorescente, realizado por ionización electrostática del vapor de mercurio, generando así una luz azulada que alcanzaba para leer un escrito, según las crónicas de la época.

El distinguido científico francés Charles du Fay sugirió, alrededor de 1733, la existencia de dos tipos de cargas eléctricas, positiva y negativa, al notar que dos cuerpos cargados con el mismo tipo de electricidad se repelían entre sí y, cuando se los cargaba con distinto tipo de electricidad, se atraían entre sí.

En el año 1745 se construyeron los primeros elementos de acumulación de cargas, los condensadores o también conocidos como capacitores, desarrollados en la Universidad de Leyden por Edward Georg Von Kleist y Pieter Van Musschenbroek. Estos instrumentos denominados botellas de Leyden, fueron utilizados como curiosidad científica durante gran parte del siglo XVIII.

El norteamericano Benjamín Franklin, por el año 1752 aproximadamente, propuso el modelo que le atribuía a los cuerpos una cierta electricidad "normal" y que cuando eran frotados entre sí, parte de esa electricidad era transferida de un cuerpo al otro, de modo que quedaba repartida, por lo que un cuerpo tenía un exceso y otro un déficit de electricidad, y de allí la idea de uno con más (+) y otro con menos (-).

Hasta este momento solo se obtenía la atracción de objetos por medio de frotamiento de los cuerpos, siendo Stephen Gray quien descubrió que la atracción o repulsión entre cuerpos podía ser transferida a otros por medio de conexiones metálicas. Estos estudios de interacción de fuerzas entre cuerpos es parte de la teoría de la electricidad que posteriormente se llamó electrostática.

Hasta el año 1767 Joseph Priestley publicó su obra, la historia de la electricidad. Libro que sería durante un siglo la guía en el estudio de la electricidad. También estudia sobre la conductividad del carbón.

En 1780, Luis Galvani, profesor de anatomía de la Universidad de Bolonia, Italia, realizó un experimento donde observó que las patas de una rana recién muerta se crispaban y pataleaban al tocárselas con 2 barras de metales diferentes. Galvani atribuyó esto a una electricidad propia de los seres vivos. Sin embargo, la explicación del fenómeno la dio poco tiempo después Alejandro Volta, profesor de Física de la Universidad de Pavía, Italia, quien en 1793, descubrió que la causa de los movimientos se debía al paso de una corriente eléctrica producida por los dos metales diferentes. Después de dicho descubrimiento, Volta investigó cómo producir electricidad por reacciones químicas y en el año 1800 inventó un dispositivo conocido como la "Pila de Volta", que producía cargas eléctricas por una reacción química originada en dos placas de zinc y cobre sumergidas en ácido sulfúrico. En honor a Volta se denominó a la diferencia de potencial suficiente para producir una corriente eléctrica como el "voltio”

El físico Charles Coulomb en 1785 publica un tratado donde se describían cuantitativamente las fuerzas eléctricas, formula leyes de atracción y repulsión de cargas estáticas. En honor a Coulomb estas leyes llevan su nombre y tienen la conocida expresión
, que es el la fuerza de repulsión o atracción, (dependiendo del signo de las cargas interactuantes) dividido el cuadrado de la distancia que las separa multiplicado por una constante. La ley de Coulomb, en conjunto con el teorema de Gauss y con la derivación del concepto de campo y potencial eléctrico, describen casi todos los fenómenos electrostáticos.

En 1820 el físico danés Hans Christian Oersted, descubrió un hecho de fundamental importancia: que toda corriente que fluye a través de un alambre produce una desviación de las brújulas próximas; junto con André-Marie Ampere demostraron la existencia de un campo magnético en torno a todo conductor atravesado por una corriente eléctrica, e iniciándose de ese modo el estudio del electromagnetismo. Este descubrimiento fue crucial en el desarrollo de la electricidad, ya que puso en evidencia la relación existente entre la electricidad y el magnetismo. Oersted es la unidad de medida de la reluctancia magnética.

En el año 1827 el físico alemán Georg Ohm descubre que dentro de un circuito, la corriente es directamente proporcional al voltaje o tensión, e inversamente proporcional a la resistencia de los conductores. Esta relación se conoce como “Ley de Ohm”.

Michael Faraday en 1831 descubrió el dínamo: un generador eléctrico; al darse cuenta de que un imán en movimiento dentro de una espira (circuito) de cobre era capaz de producir electricidad. Existía hasta aquel momento la controversia de las fuentes de electricidad voltaicas. Faraday fue discípulo de Humphry Davy y ha sido conocido principalmente por el descubrimiento de la inducción electromagnética. Este descubrimiento ha permitido la construcción de generadores y motores eléctricos. En 1831 también trazó el campo magnético alrededor de un conductor por el cual circula una corriente eléctrica. Investigó sobre la electrólisis y descubrió dos leyes que llevan su nombre.

En 1864, el físico escocés llamado James Clerk Maxwell unificó las leyes de la electricidad y el magnetismo en un conjunto reducido de leyes; se las conoce en su honor con el nombre de Leyes de Maxwell.

En 1879 Thomas Alva Edison inventó la lámpara incandescente empleando filamentos de platino alimentados a solo 10 voltios. Descubrió el efecto Edison, patentado en 1883, que consistía en el paso de electricidad desde un filamento a una placa metálica dentro de un globo de lámpara incandescente. Estableció los fundamentos de la válvula de la radio y de la electrónica (el denominado efecto Edison).

Nicola Tesla en 1888 diseña un sistema más eficiente: generar y transmitir corriente alterna. Desarrolló el motor de inducción de corriente alterna.

Robert J. Van de Graaff crea en 1931, un generador eléctrico de alto voltaje que lleva su nombre. Se trataba de un acelerador de partículas cuyo funcionamiento se basa en aplicar grandes diferencias de potencial a lo largo de un tubo de vacío; en su forma más simple, consistía en una esfera vacía montada sobre soportes aislantes. Una cinta aislante incorpora continuamente cargas eléctricas a la esfera, creando una tensión electrostática elevadísima, capaz de suministrar a las partículas energías del orden de 106 eV. Este aparato se empleó para el experimento de difusión protón-protón en 1935.