fenómenos eléctricos-historia
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Junio de 2009 Manuel Echain Física – 3ºB.D./C.B.-F.M.
Tales de Mileto (625 a.C.-546 a.C.)
William Gilbert (1544-1603)
Charles-François de
Cisternay Du Fay 1698 – 1739
Benjamin Franklin ( 1706 - 1790)
Breve reseña acerca de su desarrollo y evolución
Aparentemente la primera observación científica de los efectos
eléctricos la realizó Tales de Mileto en el 600 antes de Cristo. Vio que
las briznas de pasto seco se adherían a un trozo de ámbar cuando éste
había sido frotado.
Miles de años después, exactamente en 1660, fue el médico y físico
inglés William Gilbert quien estudió estos efectos, y tomando la palabra
griega elektron (ámbar), llamó a esas sustancias eléctricas. Tratándose de
un efecto al parecer estable, a menos que se lo perturbara terminó
denominándose electricidad estática, o carente de movimiento. Gilbert
había escrito un libro sobre tema del magnetismo, fue en 1600 y se llamó "De
Magnete". También Tales había estudiado el fenómeno, pero pasaría un
tiempo antes de que los físicos se dieran cuenta que se trataba de un mismo
fenómeno. Tanto la electricidad como el magnetismo pasarían a formar el
electromagnetismo. Mientras tanto, se intentaba descubrir los secretos de este extraño
fenómeno, y desentrañar el mecanismo oculto tras la electricidad.
En 1733 el francés Charles-François de Cisternay Du Fay, descubrió
que dos bolas de corcho cargadas de la misma manera se repelían. Pero si
cargaba cada una por medios diferentes, lograba que a veces se atrajeran;
por ejemplo si cargaba una frotándola con una vara de resina y a la otra con
una de vidrio. Este fenómeno de atracción y repulsión parecía indicar dos
naturalezas distintas. François de Cisternay Du Fay creía que la electricidad
era un fluido, y determinó que este existía en dos tipos: Resinoso o
vítreo.
En el año 1747 Benjamin Franklin propuso que no había dos tipos de
fluidos, sino uno, el cual podía presentarse en exceso o en defecto. En esto se
acercaba más Du Fay a la verdad que Franklin. Pero rebautizó al fluido como
"electricidad negativa" si faltaba para el equilibrio, y "electricidad positiva"
al exceso. Estos nombres perduran hasta hoy, pero con una comprensión
distinta del fenómeno que la de un fluido.
Charles Coulomb fue educado en la École du Génie en Mézieres y se
graduó en 1761 como ingeniero militar con el grado de primer teniente. Coulomb sirvió en las
Indias Occidentales durante nueve años, donde supervisó la construcción de fortificaciones en
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Luigi Galvani (1737-1798)
Alessandro G. Volta (1745-1827)
Coulomb (1736-1806)
la Martinica. Regresó a París debido a un deterioro de su salud en donde
reorientó sus actividades hacia la investigación científica.
Tras el estallido de la Revolución Francesa, se retiró a su pequeña propiedad
en la localidad de Blois, donde se dedicó completamente a sus estudios.
Influido por los trabajos del inglés Joseph Priestley (ley de Priestley) sobre la
repulsión entre cargas eléctricas del mismo signo, desarrolló un aparato de
medición de las fuerzas eléctricas involucradas en la ley de Priestley, y publicó
sus resultados entre 1785 y 1789. Estableció que las fuerzas generadas
entre polos magnéticos iguales u opuestos son inversamente proporcionales al cuadrado
de la distancia entre ellos, lo cual sirvió de base para que, posteriormente, Simon-Denis
Poisson elaborara la teoría matemática que explica las fuerzas de tipo magnético.
Luigi Galvani, un anatomista italiano, observó por primera vez
que una descarga eléctrica sobre las patas de una rana muerta producía
contracciones de los músculos afectados. Este descubrimiento
seguramente inspiró la legendaria criatura llevada a la vida por doctor el
Frankenstein a través del poder eléctrico de un rayo (probado por Franklin
en 1751), novela escrita en esa época por Mary Wollstonecraft Shelley (1797-
1851).
Probó exponer estos músculos a los efectos de una tormenta usando
el descubrimiento de Franklin. Para conseguirlo, colgó patas de rana con
ganchos en la reja de la casa. Pero las contracciones proseguían aún cuando
la tormenta había pasado. Una inspección posterior lo llevó a ver que la estimulación se
producía cuando el músculo tocaba simultáneamente dos metales distintos.
Galvani creyó que la electricidad así producida se generaba en el músculo, observación
que resultó errónea, pero no sería él quien descubriera el error.
Veinte años más tarde, en 1800, Alessandro G. Volta supuso lo
contrario, es decir que era el contacto entre metales distintos lo que
generaba la electricidad. Esta idea fue el comienzo de una gran
revolución en el tema. Dicha hipótesis pudo comprobarse inmediatamente
y le permitió dos grandes avances:
Construir el primer dispositivo químico generador de electricidad, que
denominó batería eléctrica, hoy llamada pila.
Obtener por primera vez en la historia una corriente continua y
suficientemente estable. Ya no se dependía de la estática.
Bueno, todo es mejorable, y la primera pila de Volta fue perfeccionándose.
En 1836 fue mejorada por el británico John Daniell (1790-1845), quien
logró mayor estabilidad y duración. Los siguientes adelantos en la materia son otra historia.
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Oersted (1777-1851)
Ampère (1775-1836)
Antes de esto, en 1820, se había dado un gran salto en la comprensión
acerca de la relación entre la electricidad y el magnetismo. En ese año el físico
danés Hans Christian Oersted demostró que una corriente generaba un
campo magnético. Siguiendo este descubrimiento, André-Marie Ampère
demostró que un solenoide (cable enrollado en forma de resorte) aumentaba
considerablemente el campo magnético generado, en proporción directa
con la cantidad de vueltas que se le diera al cable.
Así, desde la pila de Volta, que permitió trabajar con una corriente, los
descubrimientos se desencadenaron velozmente:
1821: (El año siguiente al descubrimiento de Oersted). Michael
Faraday, otro hombre importante para la ciencia, aportó la idea fundamental
de la física moderna, por primera vez para describir una fuerza
electromagnética se hablaba de campo.
1823: William Sturgeon, aprovechando el efecto de los solenoides, inventó el
electroimán. El primero de ellos pudo levantar un peso de 4 Kg.
1827: Georg Simon Ohm definió la resistencia eléctrica y propuso la ley que
lleva su nombre: Ley de Ohm.
1831: Faraday desarrolla el transformador y el generador eléctrico. Joseph Henry crea el motor
eléctrico y desarrolla un electroimán que levanta una tonelada de hierro.
1883: Nikola Tesla desarrolla un motor que podía funcionar con corriente alterna y ya no con
continua. Tomas Alva Edison se oponía al uso de esa corriente, pero sus esfuerzos fueron
insuficientes.
Resultaría monumental la tarea de seguir describiendo los avances hasta el momento en
materia de electricidad o de sus posteriores aplicaciones tecnológicas. Pero no exageraríamos si
dijésemos que la civilización actual volvería a un estado primitivo de no existir el conocimiento
de esta forma de energía. Imagine su propia vida sin electricidad. Desde ya no habría luz
eléctrica, ni teléfono o cualquier modo de comunicación a distancia que no sea la imprenta. No
habría computadoras, ni cine. Tampoco automóviles porque para ello se necesitó del paso de la
pistola de Volta, precursor de las bujías. La medicina retrocedería a sus orígenes, sin rayos X,
resonancia magnética, ecografías, etc. El mundo de la alimentación sufriría un gran embate sin
la refrigeración. Sin satélites de comunicación ni computadoras la meteorología sería incapaz de
predecir huracanes o fenómenos como la Corriente del Niño. Si no hay automóviles, tampoco
habrá máquinas de construcción. ¿Habría edificios, puentes, túneles? Tal vez muy pocos. Es
verdad, no tendríamos que vernos con los problemas que acarrearon estos avances. ¿Pero, a qué
precio?
Imagine un mundo así. No se trata de ver si ese mundo sería mejor o peor, eso es muy difícil de
evaluar, tan solo se trata de notar la diferencia.
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CARL FRIEDRICH GAUSS
“El príncipe de las matemáticas”
[...] cuando el famoso viajero y aficionado a las ciencias
barón Alexander von Humboldt preguntó a Laplace quién era
el más grande matemático de Alemania, Laplace replicó Plaff. -
"Y entonces Gauss, ¿qué?"-, preguntó el asombrado von
Humboldt. "Oh, - dijo Laplace-, Gauss es el mayor matemático
del mundo."
Vida y Obra Nacido en Brunswic, el 30 de abril de 1777, de familia humilde. Su padre se opuso
siempre a que su hijo tuviera una educación adecuada a sus posibilidades. Sin embargo,
cuando su padre murió en 1806, Gauss ya había realizado una obra inmortal. En el lado
opuesto, su madre Dorothea Benz y el hermano de ésta, Friedrich, fueron fundamentales en la
educación y posterior carrera del genio. El apoyo de su madre y tío pudieron con la intención
de su padre de mantener a Gauss en la ignorancia. Tan grande fue el cariño que Gauss sintió
por su madre que se ocupó de ella los últimos 20 años de la vida de ésta despreocupándose
de su fama y carrera.
Las aportaciones de Gauss en todos los campos de la Matemática son inestimables:
Teoría de números, Astronomía, Magnetismo, Geometría, Análisis... Cualquier gran
descubrimiento matemático a lo largo de este siglo encuentra detrás la alargada sombra de
Gauss.
Llegó a publicar alrededor de 155 títulos, sin embargo se caracterizó por no presentar los
trabajos que no creyera haber pulido hasta la perfección.
El polígono
Dejando de lado las curiosas anécdotas de su infancia, la primera aportación de Gauss a
las matemáticas fue la construcción del polígono regular de 17 lados. Los primeros en tratar el
tema, la escuela geométrica ligada a Pitágoras, Eudoxo, Euclides y Arquímedes, impusieron
para las construcciones geométricas la condición de que sólo podría utilizarse regla y compás.
Gauss no sólo logró la construcción del polígono de 17 lados, también encontró la condición
que deben cumplir los polígonos que pueden construirse por este método: El número de sus
lados ha de ser potencia de dos o bien, potencia de 2 multiplicada por uno o más números
primos impares distintos del tipo llamado números primos de Fermat. Gauss demostró este
teorema combinando un razonamiento algebraico con otro geométrico. Esta técnica utilizada
para la demostración, se ha convertido en una de las más usadas en matemáticas: trasladar un
problema desde un dominio inicial (la geometría en este caso) a otro (álgebra) y resolverlo en
este último.
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No se puede dejar sin señalar la aportación de Gauss a la teoría de números complejos.
Después de que en el Renacimiento se asignaran a estos números propiedades místicas y
descripciones caprichosas, Gauss fue más práctico y los represento geométricamente
mediante puntos en el plano, además de aceptarlos y emplearlos como objetos
matemáticos puros. En 1811 Gauss demostró el hoy llamado teorema de Cauchy (el cual no
llegó nunca a publicarlo). También elaboró un método para descomponer los números primos
en producto de números complejos.
Gauss y la Geodesia
Hacia 1820 Gauss comenzó a trabajar en geodesia (determinación de la forma y tamaño
de la tierra), tanto de forma teórica como e forma práctica. En 1821 se le encargo, por parte de
los gobiernos de Hannover y Dinamarca, el estudio geodésico de Hannover. A tal fin Gauss
ideó el heliotropo, instrumento que refleja la luz del Sol en la dirección especificada, pudiendo
alcanzar una distancia de 100 Km y haciendo posible la alineación de los instrumentos
topográficos. Trabajando con los datos obtenidos en sus observaciones elaboró una teoría
sobre superficies curvas, según la cual, las características de una superficie se pueden conocer
midiendo la longitud de las curvas contenidas en ella. A partir de los problemas para
determinar una porción de superficie terrestre surgieron problemas más profundos, relativos a
todas las superficies alabeadas, terminándose por desarrollar el primer gran periodo de la
geometría diferencial.
En el mundo del magnetismo
A partir de 1831 comenzó a trabajar con el físico Wilhelm Weber en la investigación
teórica y experimental del magnetismo. Ambos inventaron un magnetómetro y organizaron en
Europa una red de observaciones para medir las variaciones del campo magnético terrestre.
Gauss pudo demostrar que el origen del campo estaba en el interior de la tierra. Gauss y
Weber trabajaron también con las posibilidades del telégrafo, el suyo, fue probablemente el
primero que funcionó de manera práctica, adelantándose en 7 años a la patente de Morse.
A principios de 1855 comenzaron a aparecer los síntomas de su última enfermedad. Con
dificultades, siguió trabajando hasta que murió pacíficamente el 23 de febrero de 1855.
Contexto Socio-Histórico-Cultural
La Revolución Industrial
La primera gran revolución industrial tuvo lugar en Inglaterra, a finales del siglo XVIII.
Supuso el paso de una economía agrícola a otra caracterizada por procesos de producción más
mecanizados El trabajo se trasladó de la fabricación de productos primarios a la de bienes
manufacturados y servicios. Se crearon grandes fábricas para sustituir a los pequeños talleres
familiares. Estas fábricas se concentraron en áreas geográficas reducidas, iniciándose las
migraciones desde las zonas rurales a las nuevas áreas industriales. Esta nueva estructura
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económica tuvo como consecuencia la aparición de nuevas clases sociales.
La Revolución Industrial supuso, al principio, una reducción del poder adquisitivo de los
trabajadores y una pérdida de calidad en su nivel de vida. Más tarde, se tradujo en un aumento
de la calidad de vida de toda la población del país industrializado.
La Revolución Francesa
Entre los años 1789 y 1799 se desarrolló en Francia una revolución que terminó con el
derrocamiento de Luis XVI y la proclamación de la I República, con lo que se pudo poner fin al
Antiguo Régimen en este país. Entre las causas que tuvieron como consecuencia este cambio
social podemos destacar los excesivos impuestos y el empobrecimiento de los trabajadores, la
incapacidad de las clases gobernantes (nobleza y clero) para hacer frente a los problemas de
Estado y la agitación intelectual alentada por el Siglo de las Luces. Actualmente se tienden a
minimizar las razones sociales y se consideran las razones políticas como principales causantes
de la revolución.
Toma de la Bastilla, 12 de julio de 1789 Se considera la toma de la Bastilla, el 12 de julio de
1789 como punto de arranque de la revolución. La creada Asamblea nacional constituyente
aprobó una legislación por la que quedaba abolido el régimen feudal y señorial y se suprimía
el diezmo. En otras leyes se prohibía la venta de cargos públicos y la exención tributaria de los
estamentos privilegiados. La Asamblea pasó después a elaborar una constitución fundada en
los principios de Libertad, Igualdad y Fraternidad.
El primer borrador fue aprobado por el propio monarca el 14 de julio de 1790. En octubre de
1793 Luis XVI fue guillotinado.
_______________________________________ www.fisicanet.com
www.portalplanetasedna.com.ar/gauss.htm
www.biografiasyvidas.com/biografia/g/gauss.htm www.rincondelvago.com
es.wikipedia.org/wiki/Benjamin_Franklin www.astrocosmo.cl/biografi/b-c_coulomb.htm museovirtual.csic.es/salas/magnetismo/biografias/coulomb.htm
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1- Elabora una línea del tiempo, con el fin de visualizar: por un lado la contemporaneidad de
algunos científicos; y por otro, la ubicación de los distintos descubrimientos.
2- ¿Qué incidencia crees que tuvieron la Revolución Industrial y la Revolución Francesa en lo
propuesto y descubierto por Gauss?
3- ¿Encuentras alguna relación o conexión entre lo estudiado en clase sobre Gauss y lo que
figura en esta reseña? Desarrolla tu respuesta