La ELECTRICIDAD
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La ELECTRICIDAD y 200 años de HISTORIA de la CIENCIA en una bombilla Enciéndela... Por Antonio C. Colino Pérez [ Contacto: [email protected] ] Alcorcón, a 24 de Abril de 2008 LA ELECTRICIDAD Y 200 AÑOS DE HISTORIA DE LA CIENCIA EN UNA BOMBILLA... ...”ENCIÉNDELA” ( Trabajo previo ) La ELECTRICIDAD y 200 años de HISTORIA de la CIENCIA en una bombilla “Enciéndela” 1ª) ¿Te imaginas cómo vivirían nuestros abuelos cuando no había luz eléctrica en las casas? ¿Qué has oído y leído sobre la vida diaria de aquella época? Coge una hoja en blanco y una vela e ilumínate para escribir cómo sería nuestra vida si no existiera luz eléctrica. 2ª) Coge una bombilla y obsérvala bien. Anota en un cuaderno todo lo que ves. ¿Qué letras y números hay escritos? ¿Qué tiene dentro? ¿De cuántos materiales diferentes está formada? 3ª) Busca en algún libro o en Internet información sobre quién, cuándo, dónde y cómo se inventó la bombilla eléctrica 4º) ¿En qué se diferencia una bombilla de 25 watios de una de 100 watios? ¿Qué son los watios? ¿Cuánto cuesta tener encendida una bombilla de 100 watios? ¿Y un aparato eléctrico de 500 watios? 5ª) Mira el recibo de la luz. ¿Qué y cuánto nos cobran? ¿Cuánto pagamos por tener el televisor encendido? ..//.. ANTONIO C. COLINO PÉREZ 2 LA ELECTRICIDAD Y 200 AÑOS DE HISTORIA DE LA CIENCIA EN UNA BOMBILLA... ...”ENCIÉNDELA” ..//.. 6ª) Algunas bombillas, como las de las linternas, funcionan con pilas. ¿Quién inventó la primera pila eléctrica? ¿Por qué las llamamos pilas? ¿Qué ventajas y qué problemas nos dan las pilas eléctricas? 7ª) Fíjate en el filamento que está dentro de la bombilla ¿De qué material estará formado? ¿Qué ocurre cuando se funde una bombilla? 8ª) ¿Cómo explicaríamos por qué las bombillas eléctricas dan luz? 9ª) ¿Cómo se crea la electricidad? 10ª) ¿Quién y cómo se descubrió la electricidad? 11º) ¿Cómo funciona un teléfono fijo para transmitir la voz de un lugar a tro? ANTONIO C. COLINO PÉREZ 3 LA ELECTRICIDAD Y 200 AÑOS DE HISTORIA DE LA CIENCIA EN UNA BOMBILLA... ...”ENCIÉNDELA” La ELECTRICIDAD y 200 años de HISTORIA de la CIENCIA en una bombilla “ Enciéndela...” ÍNDICE: 1º.- Introducción 2º.- Observar una bombilla a la luz de una vela 3º.- Watt y la máquina de vapor 1773 y la locomotora en 1804. 4º.- Volta inventa la pila en 1800. Ventajas y problemas de las pilas. 5º.- Coulomb y la electricidad antes del XIX. Ley de Coulomb 1783. 6º.- Oersted en 1820 descubre el electromagnetismo. 7º.- Ampère, Faraday y Maxwell. 8º.- Las primeras bombillas: Goebel en 1854 y Edison en 1879. 9º.- Ley de la conservación de la Energía en 18547 (Helmholtz). 10º.- El Wolframio y los hermanos D’Elhuyar. 11º.- El enlace de átomos metálicos. Rutherford. 12º.- Descubrimiento del electrón y de su carga eléctrica. 13º.- ¿Cómo se crea la electricidad que llega a nuestras ciudades? 14º.- La electricidad en España. 15º.- El teléfono, el micrófono y el altavoz. Aplicaciones de la electricidad y el magnetismo. 16º.- ¿De dónde viene la electricidad que consumimos? 17º.- Páginas web relacionadas con este tema ANTONIO C. COLINO PÉREZ 4 LA ELECTRICIDAD Y 200 AÑOS DE HISTORIA DE LA CIENCIA EN UNA BOMBILLA... ...”ENCIÉNDELA” 1º.- Introducción. Hoy vamos a intentar poner un poco de luz en nuestra vida y vamos a hablar de la electricidad y de cómo ha ido evolucionando el conocimiento sobre la electricidad y sobre la corriente eléctrica durante los últimos 200 años de la Historia de la Ciencia. Hoy usamos la corriente eléctrica en casi todo lo que hacemos, necesitamos la electricidad para casi todo y sería imposible realizar muchas cosas si no tuviéramos energía eléctrica. Pero, ¿qué recuerdos tenemos de aquellos tiempos en los que no existían bombillas y la luz se obtenía con los candiles, las velas y el fuego? Entre las imágenes que se amontonan en mi memoria recuerdo aquellas noches, después de cenar, alrededor de la lumbre en la casa de mis abuelos en Zamora, muy cerca de Galicia. Creo que sería un buen ejercicio tratar de escribir en un folio los recuerdos que tenemos de las anécdotas que vivimos, o que nos contaron, de aquella época en la que casi toda la luz que entraba por las noches en las casas era la que daban los candiles, las velas y la lumbre. Y dando un pequeño salto, también podemos ponernos a imaginar cómo sería nuestra vida diaria si desapareciera la electricidad. Después de pocos días sin electricidad nuestra vida estaría bastante apagada. Imaginemos cómo sería nuestra vida, en un barrio cualquiera de Madrid, si no existiera electricidad. ¿Qué ocurriría si, de repente, fueran apagándose todas las bombillas y dejaran de funcionar, poco a poco, todos los aparatos que usan electricidad? ¿Qué cosas no hubiéramos podido hacer ayer ni hoy si no tuviéramos electricidad en nuestra ciudad? ¿Qué ocurriría en el mundo si surgiera un “virus eléctrico”, capaz de “comerse” la electricidad y que fuera r{pidamente reproduciéndose y “comiendo” cada vez m{s electricidad? Es difícil imaginarse cómo cambiaría el mundo si desapareciera la electricidad en el Planeta Tierra, pero sí podemos recordar cómo era la vida de las personas, la vida de nuestros familiares, antes de que en las casas entraran las bombillas y los aparatos eléctricos; antes de que llegara la corriente eléctrica. ANTONIO C. COLINO PÉREZ 5 LA ELECTRICIDAD Y 200 AÑOS DE HISTORIA DE LA CIENCIA EN UNA BOMBILLA... ...”ENCIÉNDELA” Afortunada o desgraciadamente en la actualidad tenemos bombillas y podemos encenderlas desde hace poco más de 150 años. Y existen pilas capaces de producir corriente eléctrica desde hace poco más de 200 años. La electricidad existe desde mucho antes, probablemente sea tan vieja como la vida misma. Ya que las tenemos, cojamos una bombilla... ANTONIO C. COLINO PÉREZ 6 LA ELECTRICIDAD Y 200 AÑOS DE HISTORIA DE LA CIENCIA EN UNA BOMBILLA... ...”ENCIÉNDELA” 2º.- Observar una bombilla a la luz de una vela. Si cogemos, con las manos, una bombilla eléctrica apagada y fría y la observamos con atención, podremos ver varias cosas antes de encender la luz: las palabras y números escritos en el cristal: watios, voltios y otras. el casquillo metálico con un punto central aislado. el filamento enrollado en el centro y capaz de calentarse mucho. los hilos metálicos que sujetan el filamento y que se pierden por el fondo. Y después de observar todo esto podemos hacernos algunas preguntas: ¿qué significa cada una de las palabras que están escritas en todas las bombillas?, ¿quién fabricó la primera?, ¿cómo se produce la luz?, ¿de qué está hecho su filamento?, ¿dónde se crea la electricidad? y también podríamos hacernos muchas preguntas más. ANTONIO C. COLINO PÉREZ 7 LA ELECTRICIDAD Y 200 AÑOS DE HISTORIA DE LA CIENCIA EN UNA BOMBILLA... ...”ENCIÉNDELA” Pero empecemos por una de estas preguntas. ¿Qué significa la palabra watios? Todas las bombillas llevan escrito un número: 25, 40, 60 ó 100 y seguido de la letra w (watios). ¿Qué son los watios y de dónde procede esta palabra? Esta palabra nos conduce al inicio de la Revolución Industrial en 1750, cuando surgieron las máquinas de vapor, los telares mecánicos y las locomotoras, que provocaron enormes cambios económicos y sociales. Los watios de cualquier aparato eléctrico es la cantidad de energía que gasta ese aparato cada segundo que esté en funcionamiento. Así una bombilla eléctrica o cualquier aparato eléctrico que tenga una potencia de 100 watios y que esté funcionando 30 segundos gastará: 100 x 30 = 3.000 unidades de energía (llamadas Julios, en honor al científico James Prescott Joule) Esta unidad de energía, el julio, es muy pequeña y se utiliza otra unidad más grande, más útil, para contar y pagar la energía eléctrica que gastamos en las casas, esa unidad de energía se denomina: Kilowatiohora que es igual a 1.000watiohora = 1.000watio3.600 segundos ó 3.600.000 julios. Si queremos saber cuánto tenemos que pagar por un aparato eléctrico que usamos en casa, sólo tenemos que ver la potencia del aparato, es decir los kilowatios que tiene de potencia y las horas que ha estado funcionando. El producto de estas dos cantidades se multiplica por el precio del kilowatiohora que aparece en el recibo de la luz y a pagar. Bueno, sumándole el alquiler del equipo, la potencia máxima contratada y el IVA. Ahora podemos entender el recibo de la luz y comprobarlo. ANTONIO C. COLINO PÉREZ 8 LA ELECTRICIDAD Y 200 AÑOS DE HISTORIA DE LA CIENCIA EN UNA BOMBILLA... ...”ENCIÉNDELA” James Prescott Joule (24,12,1818 – 11,10,1889) fue uno de los más notables físicos de su época, es conocido sobre todo por su investigación en electricidad y termodinámica. Nació en Manches-ter en una familia dedicada a la fabricación de la cerveza. De pequeño estuvo muy enfermo lo que le obligó a refugiarse en los libros. Recibió clases de John Dalton que le animó a que se dedicara a la investigación. Joule estudió la naturaleza del calor, y descubrió su relación con el trabajo mecánico, lo que le con-dujo a la teoría de la conservación de la energía (primera Ley de la Termodinámica). Desarrolló con Lord Kelvin la Escala Abso-luta de la Temperatura y, en cuanto al tema que estamos tratando, encontró una relación entre la corriente eléctrica, que atraviesa una resistencia, y el calor di-sipado (Ley de Joule). Recibió honores y títulos de universidades y sociedades científicas de todo el mundo. Sus escritos científicos (2 volúmenes) se publicaron en 1885 y 1887. ANTONIO C. COLINO PÉREZ 9 LA ELECTRICIDAD Y 200 AÑOS DE HISTORIA DE LA CIENCIA EN UNA BOMBILLA... ...”ENCIÉNDELA” 3º.- James Watt, la máquina de vapor 1773 y la locomotora en 1804. La palabra watio, como muchas otras unidades de medida, hace honor a un importante científico: James Watt que fue capaz de mejorar las máquinas de vapor que funcionaban en el siglo XVIII y que fueron el punto de partida de la Revolución Industrial. Si buscamos en la historia el origen de las primeras máquinas de vapor, encontraremos a Denis Papin (1647-1712), un francés que después vivió en Inglaterra; él fue quien puso las bases de la máquina de vapor estudiando la posibilidad de aprovechar la energía producida por el vapor de agua. En 1680 construyó la primera olla a presión, la “Olla de Papin”, precedente de nuestras actuales ollas a presión que todos usamos. (Bueno, las mujeres más que los hombres). El agua, cuando se calienta suficientemente, empieza a hervir y pasa de estado líquido a gaseoso aumentando su volumen unas 2.700 veces. Este aumento de volumen produce una fuerza que adecuadamente aprovechada puede convertirse en energía capaz de mover incluso un tren. Ya en el siglo II antes de Cristo, en la antigua Grecia conocían la fuerza del agua cuando hierve. Así Herón de Alejandría construyó la primera turbina de vapor conocida como Aelópila de Herón. Pero es a partir de 1700 cuando empiezan a funcionar las primeras máquinas de vapor, bastante rudimentarias, construidas por Thomas Savery, que tenían un escaso rendimiento y de las que llegaron a funcionar un centenar en 1760. ANTONIO C. COLINO PÉREZ Aelópila de Herón 10 LA ELECTRICIDAD Y 200 AÑOS DE HISTORIA DE LA CIENCIA EN UNA BOMBILLA... ...”ENCIÉNDELA” Estas primeras máquinas de vapor fueron mejoradas por Thomas Newcomen y después por James Watt, quien después de unirse al industrial Boulton, un buen socio capitalista, se dedicó a fabricar y vender nuevas máquinas de vapor, instalando la primera gran máquina en 1786 en el Molino de Albion, en Londres. En 1800 había unas 500 máquinas distribuidas por todo el mundo. Por esa época, además de surgir la Revolución Industrial, en el mundo están ocurriendo otras muchas cosas también importantes. Por ejemplo, en 1798 Haydn estrena su oratorio “La Creación”, Cavendish calcula la masa de la Tierra y el Conde Rumford establece la equivalencia entre calor y energía mecánica. Locomotora de vapor construida en 1804 por Richard Trevithick. ANTONIO C. COLINO PÉREZ 11 LA ELECTRICIDAD Y 200 AÑOS DE HISTORIA DE LA CIENCIA EN UNA BOMBILLA... ...”ENCIÉNDELA” 4º.- Volta inventa la pila en 1800. Ventajas y problemas de las pilas. Si volvemos a mirar nuestra bombilla, veremos que nos indica que funciona con 220 voltios. Hay otras bombillas, como las de algunas linternas, que funcionan con sólo 3 voltios. Los voltios, o el voltaje, es lo que hay entre los extremos de una pila, o entre los dos agujeros de un enchufe, y que, si los unimos con un material conductor, produce el movimiento de las cargas eléctricas. Esa fuerza, que es capaz de mover los electrones del material conductor produciendo la corriente eléctrica, se denomina voltaje o fuerza electromotriz y se mide en voltios, haciendo honor a otro científico singular: Volta. Alessandro Volta nació en Italia y fue profesor de física, entre sus méritos científicos se encuentra el descubrimiento del gas metano en 1788. Era amigo de Luigi Galvani, quien había descubier-to que al poner un anca de rana en contacto con dos metales diferentes ésta se movía porque aparecía una corriente eléctrica a través del músculo. En 1800 Volta creó la primera pila eléctrica y con ella consiguió que las fuerzas de origen químico pudieran transformarse en fuerzas eléctricas, y recíprocamente, las fuerzas eléctricas fueran capaces de descomponer sustancias químicas. Volta apiló treinta discos de igual tamaño de cobre y de cinc, sólo o con estaño, alternados, que llevan intercalados entre cada uno de ellos un paño humedecido con agua salada. Esta "pila de discos" empieza y termina con discos de diferente tipo. Conectando con un alambre los discos situados en los extremos, logró que fluyera un flujo eléctrico. Impregnando el paño en determinadas sales la corriente obtenida era mucho mayor. Entre 1806 y 1808, Humphry Davy, usando pilas de este tipo mediante el méto-do denominado electrolisis, consigue separar, por primera vez, diversos elementos químicos: Magnesio, Bario, Estroncio, Calcio, Sodio, Potasio, Boro y el Cloro. ANTONIO C. COLINO PÉREZ 12 LA ELECTRICIDAD Y 200 AÑOS DE HISTORIA DE LA CIENCIA EN UNA BOMBILLA... ...”ENCIÉNDELA” En 1815, Davy descubrió a Faraday, de quien hablaremos más adelante. Por esas fechas, en las que Volta construye sus primeras pilas, en España Francisco de Goya está pintando el “Retrato de la familia de Carlos IV” Alessandro Volta muestra su pila eléctrica ante Napoleón, en 1816. Fresco de Nicola Cianfanelli (1793 - 1848), pintado en 1841. Museo de Física y Ciencias Naturales. Florencia. Poco a poco se fueron fabricando pilas cada vez más potentes, pero que seguían teniendo una corta duración. Desde aquella primera pila que Volta mostrara a Napoleón, hasta hoy, se han fabricado y utilizado un cantidad enorme de pilas de diferentes tipos que nos han sido de mucha utilidad. Pero todas estas pilas han supuesto y suponen cada vez más un grave problema de contaminación para nuestro planeta, para quienes vivimos en él y para quienes formen las futuras generaciones. Dediquemos un momento, mientras seguimos gastando pilas eléctricas, a pensar sobre lo que deberíamos hacer para no seguir contaminando y destruyendo nuestro entorno. Efectos nocivos de algunos metales: El mercurio es un posible cancerígeno y es bioacumulable. Una alta exposición puede dañar el cerebro, los riñones y al feto, y muy probablemente provocar retraso mental, afectación en el andar o el habla, falta de coordinación, ceguera y convulsiones. El mercurio que se emite en los basureros contamina el agua y la tierra, con lo que puede llegar a la comida pues se acumula en los tejidos de peces. El plomo puede dañar el sistema nervioso, los riñones y el sistema reproductivo. Como no se degrada, cuando se libera al aire puede ser transportado largas ANTONIO C. COLINO PÉREZ 13 LA ELECTRICIDAD Y 200 AÑOS DE HISTORIA DE LA CIENCIA EN UNA BOMBILLA... ...”ENCIÉNDELA” distancias antes de sedimentar. Se adhiere a partículas en el suelo y puede pasar a aguas subterráneas. El litio es un neurotóxico y es tóxico para el riñón. La intoxicación por litio produce fallas respiratorias, depresión del miocardio, edema pulmonar y estupor profundo. Daña al sistema nervioso, hasta provocar estado de coma e incluso la muerte. El litio puede lixiviarse fácilmente y llegar a los mantos acuíferos. El cadmio es una sustancia cancerígena que si se respira en altas concentraciones produce graves lesiones en los pulmones; ingerirlo provoca daños a los riñones. En dosis altas puede producir la muerte. Ingerir alimentos o tomar agua con cadmio irrita el estómago e induce vómitos y diarrea. El cadmio entra al aire y al agua desde vertederos o por derrames de desechos domésticos, y puede viajar largas distancias. El níquel tiene efectos sobre la piel. Respirar altas cantidades produce bronquitis crónica, y cáncer del pulmón y de los senos nasales. Se libera a la atmósfera por la incineración de basura. En el aire, se adhiere a partículas de polvo que se depositan en el suelo. ANTONIO C. COLINO PÉREZ 14 LA ELECTRICIDAD Y 200 AÑOS DE HISTORIA DE LA CIENCIA EN UNA BOMBILLA... ...”ENCIÉNDELA” 5º.- Coulomb y la electricidad antes del siglo XIX. Desde muy antiguo, los científicos conocían algunos efectos eléctricos, sabían que algunos cuerpos, como el ámbar, al frotarlos con una piel se cargaban de electricidad y después al poner dos cuerpos cargados de la misma forma, uno junto al otro, se repelían mutuamente. Los científicos han tratado siempre de entender y explicar todos los fenómenos observados. La electricidad, era y es, una propiedad que pueden tener algunos cuerpos, por ejemplo el ámbar después de frotarlo. Pero también nuestro pelo puede tener electricidad, cargarse de electricidad después de pasarle varias veces el peine. Pero cómo se puede explicar la existencia de esa electricidad. Más adelante también veremos que esa electricidad puede moverse por un conductor, por ejemplo por un hilo de cobre. A la electricidad moviéndose, la llamaremos corriente eléctrica. Ya antes del siglo XIX había habido intentos de explicar los fenómenos relacionados con la electricidad. Antiguamente el calor, la luz, la electricidad y el magnetismo se explicaban suponiendo que existían unos fluidos (el calórico para el calor y el éter para la luz) que estaban formados por partículas sin peso (imponderables), y que en el caso de las cargas eléctricas, interactuaban entre ellas, atrayéndose si eran de distinto tipo, y repeliéndose si eran del mismo. Inicialmente, en 1730, se suponía que existían dos tipos de fluidos eléctricos opuestos: vitreo y resinoso. Más adelante Benjamín Franklin propuso que sólo existe un único fluido eléctrico y que los cuerpos al frotarlos pueden quedar con exceso de ese fluido, que se denominó positivo, o con defecto de dicho fluido, llamado negativo. Pero fue el francés Charles Agustín de Coulomb quien descubrió la Ley que cumplen todos los cuerpos cargados con electricidad. De forma similar a la Ley de Atracción entre Masas descubierta por Isaac Newton, Coulomb estableció en 1784 que la fuerza mutua que se ejercen dos cuerpos con carga eléctrica es proporcional al producto de las cargas y al inverso del cuadrado de la distancia entre los cuerpos; idéntica a la Ley de Newton para la Gravedad. Este descubrimiento lo hizo utilizando la balanza de torsión, que también fue empleada por Henry Cavendish para calcular por primera vez la masa de la Tierra, cuyo dato Newton fue incapaz Balanza de torsión, ideada por Cavendish ANTONIO C. COLINO PÉREZ 15 LA ELECTRICIDAD Y 200 AÑOS DE HISTORIA DE LA CIENCIA EN UNA BOMBILLA... ...”ENCIÉNDELA” de encontrar por no disponer de este aparato. Ese mismo año que Coulomb descubría la ley que sigue la fuerza entre dos cuerpos cargados, en Madrid, Juan de Villanueva empezaba a construir el actual Museo del Prado. 6º.- Oersted en 1820 descubre el electromagnetismo. Para entonces, principios del siglo XIX, con todas las experiencias que se conocían de electricidad y de magnetismo, muchos científicos pensaban que debía existir alguna relación entre estas dos fuerzas de la naturaleza: la fuerza eléctrica, debida a la electricidad, y la fuerza magnética debida a los imanes. No fueron pocos los científicos que pusieron en marcha experimentos buscando posibles conexiones entre ambas fuerzas. En 1820 el danés Hans Crhistian Oersted descubrió que la electricidad y el magnetismo estaban relacionados. Oersted vio que al colocar una brújula cerca de un cable, por el que pasaba corriente eléctrica, la aguja se desviaba acercándose a la línea perpendicular a la dirección de la corriente eléctrica. Comprobaba así que, el paso de corriente eléctrica por un conductor, producía sobre la brújula el mismo efecto que le habría ocasionado un imán puesto donde estaba el conductor. La corriente eléctrica producía el mismo efecto que un imán. La corriente eléctrica producía una fuerza magnética. Por primera vez se relacionaban las dos grandes fuerzas de la naturaleza, la fuerza eléctrica y la fuerza magnética. Hans C. Oersted también hizo otras importantes aportaciones a la Ciencia, desarrolló el concentrado de los extractos de pimienta: piperine, y fue el primero en lograr aislar el aluminio como metal puro. ANTONIO C. COLINO PÉREZ 16 LA ELECTRICIDAD Y 200 AÑOS DE HISTORIA DE LA CIENCIA EN UNA BOMBILLA... ...”ENCIÉNDELA” Por esas mismas fechas, en 1824: Beethoven estrenaba la “Novena Sinfonía”, Lord Byron moría luchando por la independencia griega y Delacroix pintaba “La masacre de Chios”. 7º.- Ampère, Faraday y Maxwell. Otros científicos en Francia y Gran Bretaña continuaron los importantes trabajos del danés Hans Oersted. Así el francés André Marie Ampère elaboró una teo-ría matemática que explicaba el descubrimiento de Oersted. Entre los años 1820 y 1827 puso las bases de lo que se llama la electrodinámica y descubrió que dos conductores por los que pasaba corriente eléctrica, ejercían mutuamente una fuerza, que era de repulsión si las dos corrientes circulaban en el mismo sentido y de atracción si las corrientes circulaban en sentido contrario. Ampère fue capaz de medir la cantidad de corriente, que pasaba por un conductor, creando para ello un nuevo aparato de medida: el galvanómetro. Que la electricidad y el magnetismo estaban relacionados ya era algo comprobado, pero aún quedaba mucho por hacer y principalmente faltaba encontrar la forma de producir electricidad a partir del magnetismo, producir electricidad con la simple ayuda de imanes. Fue Faraday en 1831 quien resolvió este importante problema y quien consiguió producir electricidad cuando movía unos imanes. ANTONIO C. COLINO PÉREZ 17 LA ELECTRICIDAD Y 200 AÑOS DE HISTORIA DE LA CIENCIA EN UNA BOMBILLA... ...”ENCIÉNDELA” Pero ¿quién fue el autor del descubrimiento que provocó una segunda revolución industrial y que abrió la puerta de la fabricación de las dinamos, los motores, los generadores y muchos otros aparatos que cambiaron la vida de las ciudades? Michael Faraday nació el 22 de Septiembre en Londres en una familia muy humilde, formada por un herrero y la hija de un granjero, y muy religiosa miembros de los Sandemanianos que creían en la verdad literal de la Biblia. Estas creencias religiosas tuvieron gran influencia en las teorías que Faraday consiguió elaborar. A los 13 años se puso a trabajar de recadero y luego de aprendiz de encuadernador donde aprovechó para leer todo lo que pudo. Con 21 años asistió a las clases de Humphry Davy con quien trabajó de ayudante y viajó por Francia e Italia donde conoció a Ampère y a Volta y sus trabajos. Faraday desde 1821 a 1831 se dedicó a la investigación química y presentó una serie de seis conferencias de Navidad para niños que terminaron publicándose en el libro: “Historia química de una vela”. Sus mejores trabajos culminaron en las primeras nociones de líneas de fuer-za, que luego utilizó y desarrolló Maxwell. Fue el primer científico capaz, en 1831, de convertir la energía mecánica, utilizada para mover un imán, en energía eléctrica y crear la primera dinamo. Demostró así que, el movimiento de un imán, puede producir una corriente eléctrica, en un circuito cerrado. La extremada carga de trabajo y, tal vez, los efectos nocivos del mercurio utilizado en sus experiencias debilitaron su salud. Por fin el físico y matemático británico James Clerk Maxwell desarrolla las ideas que introdujera Faraday sobre líneas de fuerza y encuentra las leyes matemáticas que relacionan la electricidad y el magnetismo. Ya no es necesario suponer la existencia de unos falsos fluidos eléctricos, para entender todos los efectos eléctricos y magnéticos. A partir de ahora vamos a aceptar, que cualquier cuerpo cargado eléctricamente produce a su alrededor un Campo de Intensidad Eléctrica y otro Campo de Potencial Eléctrico (Voltaje) que está en todos los puntos del espacio que rodea al cuerpo. De igual manera, un imán produce, en todos los puntos del espacio que le rodea, un Campo Magnético. ANTONIO C. COLINO PÉREZ 18 LA ELECTRICIDAD Y 200 AÑOS DE HISTORIA DE LA CIENCIA EN UNA BOMBILLA... ...”ENCIÉNDELA” 8º.- Las primeras bombillas: Goebel en 1854 y Edison en 1879. Se dice que el 21 de octubre de 1879 Edison fabricó una bombilla que dio luz durante 48 horas ininterrumpidamente, pero 25 años antes Heinrich Goebel, relojero alemán, ya había construido lámparas usando un filamento de bambú carbonizado. La bombilla eléctrica fue inventada en 1879 durante una segunda revolución industrial. En este periodo, desarrollado durante el último cuarto del siglo XIX, descendió la natalidad y el crecimiento demográfico. Muchos campesinos se trasladaron desde el campo hasta la ciudad. Las principales potencias se expandieron colonialmente. Hicieron su aparicíon nuevos sectores: químico, eléctrico y petróleo. A partir de 1920, las fábricas se automatizaron debido al uso de nuevos recursos energéticos (petróleo, electricidad) y nuevos metales. Primera bombilla fabricada por Edison en 1879 ANTONIO C. COLINO PÉREZ 19 LA ELECTRICIDAD Y 200 AÑOS DE HISTORIA DE LA CIENCIA EN UNA BOMBILLA... ...”ENCIÉNDELA” Thomas Alva Edison (11,02,1847 – 18,0,1931) tuvo unos comienzos muy difíciles. Fue expulsado de la escuela porque se dudaba de su capacidad intelec-tual, cuando en realidad lo que padecía era sor-dera. Su madre lo educó en casa, donde a los 10 años de edad montó su primer laboratorio. El inventor estadounidense Thomas Edison vivió y trabajó toda su vida en Estados Unidos. Fue el inventor más productivo de todos los tiempos. Patentó unos 1.903 inventos, entre ellos la lámpara incandescente (similar a la bombilla eléctrica que usamos en nuestros días) y el fonógrafo. También mejoró el proyector cinematográfico. Fundó, asimismo, el primer laboratorio de investigación industrial. 9º.- Ley de la conservación de la Energía (Hermann von Helmholtz. 1847). Todos hemos visto que una bombilla encendida da calor, pero ¿de dónde sale esa energía?. La energía debe llegar por el cable, pero el cable no se calienta porque la energía que viaja por el cable debe ser de otra clase. ¿Cómo se convierte un tipo de energía en otra clase de energía? Hermann von Helmholtz, en 1827, asignó la misma naturaleza a la energía me- cánica y a la energía calorífica, afirmando que la energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma. Esto es simplemente el enunciado del principio de conservación de la energía. La cantidad de energía del Universo permanece constante, pero va degradándose en forma de calor. Es decir, en todas las transformaciones, una parte de la energía que interviene se transforma en calor. ANTONIO C. COLINO PÉREZ 20 LA ELECTRICIDAD Y 200 AÑOS DE HISTORIA DE LA CIENCIA EN UNA BOMBILLA... ...”ENCIÉNDELA” En todos los procesos espontáneos, la energía se degrada: un cuerpo cae espontáneamente pero no vuelve a subir. Un recipiente con agua caliente se enfría, pero no puede calentarse tomando calor del ambiente... 10º.- El filamento de las bombillas. El Wolframio y los hermanos D’Elhuyar. Si aún no se ha agotado la vela que alumbraba nuestra bombilla, ni se ha consumido nuestra paciencia, y seguimos con ganas de aprender, podemos fijarnos que en el centro de la bombilla está el filamento, ahora apagado. Parece ser que Edison probó con centenares de filamentos diferentes hasta encontrar el candidato idóneo: el filamento de carbono. Pero este filamento era muy frágil y a partir de 1906 dejó de usarse. Los filamentos de carbono fueron sustituidos por los de wolframio, también llamado de tungsteno. El Wolframio es el único elemento químico, de toda la tabla periódica, que tiene dos nombres. Además es el elemento que aguanta más temperatura antes de fundirse. Por cierto, cuando decimos que una bombilla se ha fundido, estamos queriendo decir que “el filamento de la bombilla se ha fundido”, es decir que en algún punto de la bombilla ha superado la temperatura de fusión, y en ese punto ha pasado de sólido a líquido, rompiéndose el filamento en dos partes y rompiéndose la continuidad del circuito, impidiendo que circule la corriente eléctrica. Quienes consiguieron por primera vez, en 1783, aislar el Wolframio fueron los españoles hermanos D’elhuyar en Vergara (Guipúzcoa) 11º.- El enlace de átomos metálicos. Modelo atómico de Rutherford. Si cogemos el filamento metálico de cualquier bombilla, o cualquier otro trozo de metal conductor de la electricidad, podemos hacernos dos preguntas: ¿de qué está formado por dentro y cómo se unen las partes más pequeñas de un metal? ¿cómo podemos explicar que los metales como el wolframio conduzcan la elec-tricidad. Fue Ernets Rutherford quien con la ayuda de las sustancias radiactivas, estudiadas por Henri Becquerel y María Sklodowska (Madame Cu-rie), ANTONIO C. COLINO PÉREZ 21 LA ELECTRICIDAD Y 200 AÑOS DE HISTORIA DE LA CIENCIA EN UNA BOMBILLA... ...”ENCIÉNDELA” se le ocurrió bombardear una lámina de oro muy fina con las par-tículas alfa que lanzaba una sustan-cia radiactiva. Viendo que la mayo-ría de las partículas atravesaban la lámina sin sufrir una desviación apreciable, dedujo que todas las sustancias deben estar formadas por átomos, que tendrían un núcleo muy pequeño y muy denso y con electrones negativos y con poca ma-sa dando vueltas alrededor del núcleo. Para explicar que los metales como el wolframio condujeran la electricidad, supuso que los átomos del metal se unían entre sí dejando electrones libres, que eran los que se moverían cuando pasara la corriente eléctrica por el metal. Si conectamos los extremos del metal con dos puntos entre los que haya una diferencia de potencial o voltaje (voltios), los electrones se moverán y formarán la corriente eléctrica que pasará por el conductor. 12º.- Descubrimiento del electrón y de su carga eléctrica. Por fin tenemos una teoría que parece suficiente para explicar muchos fenómenos en los que interviene la electricidad. Las sustancias, los metales, los gases, todo debe estar formado por átomos y estos tienen electrones y protones y estos deben ser los portadores de las cargas eléctricas negativas y positivas. ANTONIO C. COLINO PÉREZ 22 LA ELECTRICIDAD Y 200 AÑOS DE HISTORIA DE LA CIENCIA EN UNA BOMBILLA... ...”ENCIÉNDELA” Pero, ¿cómo se descubrieron los electrones? y ¿cómo se descubrió qué carga eléctrica tiene cada electrón? El inglés Joseph J. Thompson hizo público el viernes 29 de abril de 1897, hace 111 años, que en todos los átomos existían unas partículas muy pequeñas con carga eléctrica negativa: los electrones. Fue el americano Robert A. Millikan, en 1906, quien realizó el experimento de “la gota de aceite” con el que descubrió qué carga eléctrica tiene cada electrón Ahora podemos explicar por qué la bombilla da luz. Por el filamento se mueven los electrones y al moverse gastan energía produciendo calor y luz. Los electrones se mueven hacia delante y hacia atrás 50 veces cada segundo (frecuencia de 50 Hz hertzios). 13º.- ¿Cómo se crea la electricidad que llega a nuestras ciudades?. Los primeros experimentos de iluminación eléctrica fueron realizados por el químico británico Humphry Davy, quién fabricó arcos eléctricos y provocó la incandescencia de un hilo fino de platino en el aire al hacer pasar una corriente a través de él. A partir de 1840 fueron patentadas varias lámparas incandescentes, aunque ninguna tuvo éxito comercial hasta que Thomas Alva Edison lanzara su lámpara de filamento de carbono en 1879. Además de esta bombilla, Edison desarrolló un sistema generador de electricidad, un aparato para grabar sonidos y un proyector de películas. Todos éstos están en la base de algunos aparatos de uso cotidiano en la actualidad. Su invención más importante fue el procedimiento práctico de utilización de la iluminación eléctrica, para lo cual creó la Compañía de Iluminación Eléctrica Edison. Recibió apoyo financiero inmediato gracias al gran prestigio personal que el inventor ya tenía entonces. La primera demostración práctica tuvo lugar el 21 de octubre de 1879 y dio paso al primer suministro de luz eléctrica de la historia, instalado en Nueva York en 1882. Para atender a este servicio, y como ya hemos comentado, Edison inventó la lámpara de vacío con filamento de incandescencia, conocida popularmente como bombilla. La luz eléctrica llegó a España poco después de que empezaran a alumbrarse las grandes capitales de Europa. La primera capital que hizo uso del alumbrado eléctrico fue Madrid. Siguieron su ejemplo con cierta lentitud algunas capitales de provincia y se generalizó con carácter rentable en los municipios a finales del siglo XIX. 14º.- La electricidad en España, orígenes. La industria de la producción de energía eléctrica en España se inicia seriamente en los primeros años del siglo XX. Con anterioridad la electricidad se fue introduciendo poco a poco en España. Así en 1873 en Barcelona Tomás Dalmau, que tenía un taller de óptica y física, introduce en España la primera máquina Gramme capaz de producir electricidad. Luego se une al ingeniero Narciso Xifrá y montan una ANTONIO C. COLINO PÉREZ 23 LA ELECTRICIDAD Y 200 AÑOS DE HISTORIA DE LA CIENCIA EN UNA BOMBILLA... ...”ENCIÉNDELA” Central Eléctrica en la Rambla de Canaletas nº 10 de Barcelona, desde donde distribuyen electricidad a varios establecimientos de la ciudad. En 1881 la empresa crece y se instala también en Madrid, en terrenos cedidos por el Ministerio de la Guerra, desde los que iluminó el propio Ministerio. Ese mismo año se hacen ensayos de alumbrado eléctrico en la Puerta del Sol de Madrid. Dos años después se iluminan eléctricamente el Paseo del Prado y el Buen Retiro. En varias ciudades como Bilbao, Valencia, Tarragona y otras, también se va introduciendo poco a poco la electricidad. En 1901 la empresa “La Aragonesa”, propietaria del Molino de San Carlos situado al pie del Canal Imperial de Aragón, a 304 kilómetros de Zaragoza, producía corriente eléctrica que era transportada por vía aérea hasta la entrada a la ciudad y luego por cable subterráneo hasta la receptora situada en el centro de la población. En estos últimos 100 años la industria eléctrica ha crecido llegando a todos los puntos del país. En 1884 el Ministerio de Marina decide dotar de alumbrado eléctrico a todos los barcos de más de 6.000 toneladas y, ese mismo año, algunos teatros de Barcelona y Madrid, como el Apolo y La Zarzuela realizan instalaciones eléctricas. En 1886, Gerona es la primera ciudad alumbrada con corriente alterna. 15º. El teléfono, el micrófono y el altavoz aplicaciones de la electricidad y el magnetismo. El teléfono es un dispositivo de telecomunicación diseñado para transmitir señales vocales por medio de señales eléctricas. Durante mucho tiempo Alexander Graham Bell fue considerado el inventor del teléfono. Sin embargo Bell no fue el inventor de este aparato, sino solamente el ANTONIO C. COLINO PÉREZ 24 LA ELECTRICIDAD Y 200 AÑOS DE HISTORIA DE LA CIENCIA EN UNA BOMBILLA... ...”ENCIÉNDELA” primero en patentarlo. Esto ocurrio en 1876. El 11 de junio de 2002 el Congreso de Estados Unidos aprobó la resolución 269, por la que se reconocía que el inventor del teléfono había sido Antonio Meucci, que lo llamó teléfono, y no Alexander Graham Bell. En 1871 Meucci sólo pudo, por dificultades económicas, presentar una breve descripción de su invento, pero no pudo formalizar la patente ante la Oficina de Patentes de EE.UU. En el verano de 1875 un joven de 28 años, que había montado una escuela especial en Boston, que atendía a personas con problemas de audición. Su madre tenía esa dificultad y su padre dedicó muchos años a estudiar la producción de los sonidos buscando ayudas para las personas con dificultades auditivas. Entre las alumnas, había una chica de 17 años quien, por culpa de la escarlatina que padeció de pequeña, había quedado sorda, era hija de una familia muy rica. Los padres consideraron que el profesor no era buen partido para su hija. Alex venía de Gran Bretaña a Boston a principios de 1870. Cuando fue rechazado por los padres de la alumna en quien había fijado sus miradas y mucho más, pensó que si inventaba algo que le permitiera obtener fama y dinero sería aceptado por los padres de su amada. Consiguió entender cómo se producen los sonidos, y, después de varias mejoras, pudo construir el primer teléfono y pagar la patente con ayuda de su futuro suegro... y, por fin, pudo casarse. La boda se celebró con la novia muy contenta y rodeada de lirios, recibió del novio el regalo de unas perlas y un colgante de plata con la forma de un teléfono y 1.479 acciones de la recién creada Compañía Telefónica Bell. Unos 9 meses después nació su primer hijo y fueron felices toda su vida. ANTONIO C. COLINO PÉREZ 25 LA ELECTRICIDAD Y 200 AÑOS DE HISTORIA DE LA CIENCIA EN UNA BOMBILLA... ...”ENCIÉNDELA” 16º.- ¿De dónde viene la electricidad que consumimos? A nuestras casas llega todos los días la energía eléctrica que continuamente gastamos, a final de mes, o cada dos meses, vemos el recibo que tenemos que pagarle a la empresa que nos suministra dicha energía. Pero, ¿de dónde viene la energía eléctrica que consumimos? y, lo que es más importante, ¿qué impacto ambiental produce la creación de esta energía?. ANTONIO C. COLINO PÉREZ 26 LA ELECTRICIDAD Y 200 AÑOS DE HISTORIA DE LA CIENCIA EN UNA BOMBILLA... ...”ENCIÉNDELA” Tenemos derecho a saberlo. Desde este mes de abril, las facturas de la luz irán acompañadas de una etiqueta que indicará el origen de la electricidad que consumimos y el impacto ambiental producido por su generación, como se recoge en la Circular 1/2008, de 7 de febrero de 2008 de la Comisión de Energía, publicada en el BOE de 21 de febrero de 2008. Inventos y descubrimientos anteriores a 1800 1447 1593 Gutemberg (Alemania) Imprenta Galileo (Italia) Termómetro ANTONIO C. COLINO PÉREZ 27 LA ELECTRICIDAD Y 200 AÑOS DE HISTORIA DE LA CIENCIA EN UNA BOMBILLA... ...”ENCIÉNDELA” 1608 1609 1619 1628 1643 1654 1680 1687 1690 1709 1714 1745 1752 1761 1769 1774 1777 1780 1783 1785 1786 1792 Lippershey (Holanda) Telescopio Kepler (Alemania) Movimiento de los planetas Descartes (Francia) Geometría Harvey (Inglaterra) Circulación sanguínea Torricelli (Italia) Barómetro Guericke (Alemania) Máquina neumática Denis Papin construye la primera olla a presión Newton (Inglaterra) Ley de la Gravedad Huygens (Alemania) Teoría ondulatoria de la luz Cristófori (Italia) Piano Fahrenheit (Alemania) Termómetro de mercurio Von Kleist y Musschenbroeck (Alemania) Botella de Leyden Franklin ( USA ) Pararrayos Harrison (Inglaterra) Cronómetro Watt (Escocia) Máquina de vapor Priestley (Inglaterra) Oxígeno Lavoisier (Francia) Explica la combustión Franklin (USA ) Lentes bifocales Montgolfier (Francia) Globo Cartwright (Inglaterra) Telar mecánico James Watt instala la primera gran máquina de vapor en el molino de Albion en Londres Murduch (Escocia) Lámpara de gas 200 años de Historia de la Ciencia 1680 1760 1784 1784 Denis Papin construye la primera olla a presión Se inicia la Revolución Industrial Charles Agustín Coulomb descubre la Ley de atracción de cuerpos cargados Juan de Villanueva empieza a construir el actual Museo del Prado ANTONIO C. COLINO PÉREZ 28 LA ELECTRICIDAD Y 200 AÑOS DE HISTORIA DE LA CIENCIA EN UNA BOMBILLA... ...”ENCIÉNDELA” 1786 1789 1791 1798 1798 1798 1800 1800 1800 1802-04 1807 1807-08 1819 1820 1821 1823 1824 1825 1827 1830 1832 1835 1835 1837 1839 1840 1845 1846 1847 1850 1855 1858 1864 1866 James Watt instala la primera gran máquina de vapor en el molino de Albio en Londres Comienza la Revolución francesa Luigi Galván publica su trabajo sobre electricidad animal Benjamín Thomson, conde Rumford, presenta la relación entre trabajo mecánico y calor Cavendish calcula la masa de la Tierra Haydn estrena su oratorio “La Creación” Alessandro Volta da a conocer su pila eléctrica W. Nicholson y A. Carlisle usan la pila para descomponer el agua, por electrolisis, en oxígeno e hidrógeno Thomas Young resucita la teoría ondulatoria de la luz John Dalton desarrolla su teoría atómica Thomas Young publica su concepto físico de energía Humphry Davy usa la electrolisis para identificar y aislar nuevos elementos químicos Oersted descubre el electromagnetismo André Ampère comienza el estudio de las fuerzas entre conductores que transportan corriente eléctrica Faraday inventa el motor simple William Sturgeon, en Inglaterra, construye el primer electroimán Beethoven estrena la “Novena Sinfonía”, Lord Byron muere luchando por la independencia griega, Delacroix pinta “La masacre de Chios” Faradfay descubre el benceno El alemán George Ohm formula la ley sobre la resistencia de los conductores eléctricos El físico estadounidense Joseph Henry construye grandes electroimanes, el primer motor eléctrico e inventa el telégrafo electromagnético. Faraday propone que las ondas electromagnéticas son similares a las ondas en la superficie del agua. F. B. Morse construye el primer telégrafo Talbot (Inglaterra) Fotografía Samuel Morse en Estados Unidos y Charles Wheastone en Inglaterra plantean el telégrafo eléctrico. El estadounidense Charles Goodyear descubre fortuitamente la vulcanización del caucho F. Helmholtz define la Primera Ley de la Conservación de la Energía William Thomson da un tratamiento cuantitativo a las “líneas de fuerza” Howe ( USA ) Máquina de coser El alemán Hermann von Helmholtz formula la ley de conservación de la energía. El físico alemán R. J. E. Clausius establece la segunda ley de la termodinámica James Clerk Maxwell desarrolla las ideas de “línea de fuerza”, y predice que la luz es una forma de onda electromagnética Se construye el primer cable transatlántico desde Irlanda hasta América Marcus ( USA ) automóvil Nobel (Suiza) Dinamita 200 años de Historia de la Ciencia (Cont.) 1868 1869 1870 1870 Zénobe-théophileGramme (Bélgica) Construye la primera máquina de corriente continua. Dinamo de CD El ruso Dimitri Mendeleiev publica la primera tabla periódica de los elementos químicos conocidos en ese momento. Thomas Edison en Estados Unidos y Josegh Swan en Gran Bretaña producen lámparas de filamento de carbono J. C. Maxwell formula las ecuaciones matemáticas que relacionan la electricidad y el ANTONIO C. COLINO PÉREZ 29 LA ELECTRICIDAD Y 200 AÑOS DE HISTORIA DE LA CIENCIA EN UNA BOMBILLA... ...”ENCIÉNDELA” 200 años de Historia de la Ciencia (Cont.) 1876 1877 1879 1879 1881 1882 1883 1887 1888 1888 1893 1897 1901 1904 magnetismo Alexander Graham Bell inventa el teléfono James Dewar trabaja en la licuación de gases Edison ( USA ) Lámpara incandescente J. J. Thompson descubre los electrones Edison produce la primera lámpara incandescente con filamento de algodón carbonizado que permaneció encendida 44 horas Edison instala el primer sistema eléctrico para vender energía eléctrica para iluminar la estación de Peral Street en New Cork El sueco Svante Arrhenius trabaja en su teoría de la disociación iónica El alemán Heinrich Hertz descubre las ondas de radio Tesla ( USA ) Motor de inducción Eastman ( USA ) Cámara Kodak Tesla ( USA ) Radio J. J. Thomson establece la existencia del electrón El ingeniero italiano Guillermo Marconi transmite señales de radio desde Inglaterra a América Se usa el filamento de tungsteno 17º.- Páginas web relacionadas con este tema. Enlaces a otras páginas web relacionadas con este tema: a) Artículo en el diario El País sobre una bombilla de 4 w. de potencia que lleva 107 años encendida en la Estación de Bomberos de Livermore-Pleasanton (California. EUA): http://www.elpais.com/articulo/t ecnologia/bombilla/California/ba te/record/mundial/llevar/107/ano s/encendida/elpeputec/20080510el peputec_2/Tes b)Página web de la estación de Bomberos (California. EUA) [Página en inglés] Livermore-Pleasanton http://www.centennialbulb.org c) Con relación a las biografías complementarias, todos los hipervínculos de este texto se han establecido con la website: http://www.biografiasyvidas.com/ d) Portada de esta página web: http://miljardines.es ANTONIO C. COLINO PÉREZ 30 LA ELECTRICIDAD Y 200 AÑOS DE HISTORIA DE LA CIENCIA EN UNA BOMBILLA... ...”ENCIÉNDELA” ANTONIO C. COLINO PÉREZ 31
