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Resumen –– En este trabajo se hace un breve recuento de la historia de la electricidad hasta llegar a la invención de la Pila de Volta. Se resalta que pese a la sencillez de su construcción la pila dio lugar a toda una serie de fenómenos hasta entonces no estudiados y ni siquiera concebidos, tales como el efecto Peltier, la electrolisis y, sobre todo, la generación de campos magnéticos por medio de corrientes, con lo cual se fundó la ciencia del electromagnetismo. Palabras Clave – pila, corriente, campo magnético Abstract –– In this work a brief account of the history of electricity is made up to the invention of the Volta Battery. It should be noted that despite the simplicity of its construction, the battery gave rise to a whole series of phenomena not previously studied and not even conceived, such as the Peltier effect, electrolysis and, above all, the generation of magnetic fields by means of currents, whereupon the science of electromagnetism was founded. Keywords –– Battery, current, magnetic field I. INTRODUCCIÓN En la historia de la ciencia hay inventos que dieron un impulso decisivo tanto a la amplitud como a la profundidad de los conocimientos científicos y tecnológicos; podemos mencionar al telescopio de Galileo, o al microscopio, al acoplamiento de bobinas para inducir voltajes descubierto por Faraday, y a algunos más, pero si podemos decir que la pila de Volta fue un invento que, gracias a la relativa sencillez de su construcción, a la generosidad con que Volta difundió los detalles de su hechura, variados experimentos se desataron por toda Europa investigando los diversos efectos de la corriente abriendo un campo cualitativamente nuevo y vasto de fenómenos tales como el magnetismo, los .fenómenos térmicos, el avance sobre la composición corpuscular de la materia, y el fenómeno Seebek [1]. Todo ello con el sencillo apilamiento de diferentes metales intercalados unidos por un material conductor. Antes de entrar en este tema daremos una breve historia del campo de descubrimientos que precedieron a la pila de Alejandro Volta en el campo de la electricidad.. II. ANTECEDENTES HISTÓRICOS Los estudios sobre la electricidad, la forma de generarla, y sus efectos, recibieron gran atención por parte de los físicos en el siglo XVII . Se descubrió, algo que ya Tales de Mileto había conocido hacía muchos siglos en la antigüedad, que bastaba la fricción sobre el ámbar para producir pequeñas cantidades de carga con las cuáles se podía atraer objetos ligeros y pequeños; en el siglo XVII el fenómeno volvió a llamar la atención de Gilbert junto con los fenómenos magnéticos, pero ahora se ensayó electrificar otros materiales tales como el vidrio o el azufre igualmente mediante fricción. La desventaja de éstos métodos de obtener carga era que se obtenía en muy pequeñas cantidades y que no se podía almacenar como para investigar su comportamiento sobre tiempos relativamente largos; pese a ello William Gilbert le dedicó a este fenómeno la descripción de numerosos experimentos [2]. LA MÁQUINA ELECTROSTÁTICA La historia de la electricidad nos hace ver que a medida que avanzaba el tiempo los fenómenos inesperados asociados a la electricidad despertaban la curiosidad de muchos físicos, artesanos o gente del común. La electricidad comenzó siendo generada mediante fricción de objetos con la mano o con telas como la lana, de esta manera la producción de electricidad se obtenía en cantidades mínimas. Guericke logró un avance cuando inventó la máquina eléctrica, ésta consistía en una esfera de azufre que ligada a un eje rotatorio y friccionándola con la mano podía producir incluso chispas (ver figura 1); a partir de este artefacto se empezaron a hacer ensayos frotando la esfera con diversos materiales tales como plumas, pelos, seda, lana, papel, cuero, madera, pergamino y hasta entrañas de buey [1]. Una modificación importante ocurrió cuando se le hizo rotar con una manivela, y luego con un pedal tal como usaban los hilanderos en pasadas épocas. Armados de este instrumento se hicieron variados experimentos, por ejemplo, lograr la transferencia de la carga de una esfera de marfil a otra esfera conectada mediante hilos conductores. Este experimento a lo que llevó es a hacer una diferenciación entre materiales conductores y no conductores o aislantes. Por parte del vulgo los fenómenos eléctricos también llamaron la atención con exhibiciones tales como hacer fuertes descargas sobre individuos La maravillosa invención de la pila de Volta José Antonio Peralta Departamento de Física, ESFM-IPN, Ciudad de México Teléfono (55) 5729-6000 Ext. 55007 Fax (55) 5729-55015 E-mail: peralta@esfm.ipn.mx entrelazados de las manos, o el sostener a un niño el que al cargarse hacía que brotaran chispas de su cuerpo. Figura 1. Máquina electrostática [3]. LA BOTELLA DE LEIDEN Bajo este clima de intenso interés por los novedosos fenómenos eléctricos aparece la botella de Leiden. Su virtud es que permitía almacenar la carga eléctrica como si de un recipiente se tratara. Su descubrimiento fue accidental, como es usual en la historia de la ciencia. El ayudante de un investigador tocó accidentalmente un clavo sumergido en el agua contenido en esta botella. El clavo había sido cargado previamente, luego el ayudante tocó con la otra mano la superficie exterior de la botella, recibiendo un fuerte impacto eléctrico. Figura 2. Botella de Leiden [4]. Hoy sabemos que la botella de Leiden no es sino un condensador, que el clavo de metal interno sumergido en el agua actúa como una de las placas de un condensador, que el agua y el vidrio juegan el papel de un dieléctrico, y que al tocar con la mano la superficie externa, dada su alta conductividad, hace el papel de la otra placa. Ambas manos hacen entonces, al tocar simultáneamente el clavo y la botella, un corto. La fortuna de este hallazgo es que el agua tiene un valor muy alto en su permitividad y facilita que este condensador acumule grandes cargas con bajos voltajes, de haber manipulado la botella sin el agua el efecto de acumulación de carga habría sido menos evidente.. La gran virtud de este nuevo dispositivo es que, aun cuando recibiendo sucesivamente pequeñas dosis, puede acumular grandes cargas si se le mantiene aislada. Una modificación más fue conectar en paralelo varias botellas con lo cual su capacitancia aumentaba y por tanto la cantidad de carga se multiplicaba; a este arreglo se le llamó una conexión en “batería” y con ello se pudo pasar a otra fase de la experimentación con los fenómenos eléctricos (ver figura 3). Figura 3. Acumuladores en paralelo [5]. Poco tiempo después Franklin se dio cuenta de que el mismo comportamiento de acumulación de carga se podría lograr de una manera más sencilla colocando una placa sobre otra, y a eso se le llamó “el cuadro de Franklin”, o “la tabla de Franklin”. De ahí en adelante las manipulaciones que se sugerían de la tabla eran más o menos obvias: analizar si la carga aumentaba con el área, o investigar el efecto del material que se intercalara entre las placas, o el efecto de variar la distancia entre las placas EL PARARRAYOS La semejanza entre las descargas que se podían observar en un potente generador de carga como el de la figura 1, y la forma de las descargas que se observaban en los días de tormenta entre las nubes o entre las nubes y la tierra, hizo https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Leidse_flessen_Museum_Boerhave_december_2003.jpg que los físicos se preguntaran si había alguna identidad entre ambos fenómenos. Franklin mediante un experimento espectacular que ha pasado a la historia, elevó un cometa con un hilo de seda, que es conductor, hasta lograr capturar las cargas de electricidad enla atmósfera y transportarla hasta una llave que al estar sumamente cargada emitía chispazos al acercarla a la tierra. Con ello y con el uso de un condensador pudo comprobar que tanto la electricidad atmosférica como la producida mediante fricción eran idénticas. Antes de Franklin se proponía que había 2 tipos de electricidad: electricidad vítrea y electricidad resinosa, y que cada una de ellas tenía diferente signo: las de signo contrario se atraían, las de igual signo se repelían. También se pensó que todos los cuerpos tenían iguales cantidades de cargas de diferente signo. Franklin propuso que si bien esto era cierto solo un tipo de cargas eran las cargas móviles: un cuerpo que tuviera exceso de esta carga tendría un signo, un cuerpo que tuviese defecto de esta carga tendría el signo contrario. Como vemos, estas ideas son totalmente modernas, pese a que los investigadores de estas épocas solamente disponían de instrumentos tan precarios como hilos de seda, botellas, plomo, cometas; pero el carácter rústico de sus herramientas las suplían con imaginación, capacidad sutil de observación, y tenacidad en el trabajo.. Los condensadores, sin duda, que permitieron importantes avances en el estudio de la electricidad, pero finalmente se llegó, debido a sus propias limitaciones, a un punto en que no se podía ir más allá, pero sin duda que los conocimientos de la electricidad ya estaban en un nivel mucho más adelantado que en la época de Tales de Mileto. Es en este punto en que aparece la pila de Volta en gran medida debido al impulso que recibió de Galvani y sus análisis de la electricidad animal. III. GALVANI Y VOLTA GALVANI Y LA ELECTRICIDAD ANIMAL En este clima de acrecentado interés por los fenómenos eléctricos, se observó, a veces en carne propia, que ciertos seres acuáticos como la anguila o el siluro eran capaces de generar fuertes descargas eléctricas usando esta capacidad como arma de defensa contra sus depredadores. Entre otros investigadores Galvani, investigando este fenómeno mientras trabajaba con una máquina electrostática, observó que al tocar uno de los nervios del músculo de la pata de una rana muerta con un bisturí, la pata se contraía. En esta línea de investigación puso en los extremos de un músculo ligado a un nervio 2 metales diferentes y observó la contracción. Él dedujo, y así lo propuso a la comunidad científica, que había descubierto una electricidad de origen específicamente animal diferente a la generada por otros métodos. ALEJANDRO VOLTA Alejandro Volta supo de estos resultados, los repitió en su propio laboratorio, pero ahora eliminó a los nervios estimulando solamente al músculo con dos metales diferentes [6]. . Sus resultados incipientes indicaban que era la unión de dos metales diferentes los que provocaban los fenómenos eléctricos si entre ellos se colocaba un material como el músculo. Con esta hipótesis en mente siguió investigando y se colocó arriba y debajo de la lengua dos metales diferentes: plata y zinc o cobre y zinc, y descubrió que dependiendo de las combinaciones de metales provocaba en su lengua diferentes sensaciones ácidas o alcalinas; luego ensayó a colocar un metal sobre su ojo y otro diferente en la boca, y se provocó así sensaciones de destellos luminosos. Persistiendo en la investigación de éste fenómeno eliminó al músculo y otros materiales biológicos y colocó en su lugar, entre las placas de metales diferentes, papel, trapo, o cuero embebidos en agua con sal y encontró que de esta manera se generaba no una descarga, sino un flujo constante de carga, es decir, ¡una corriente!; este arreglo lo extendió hasta armar una pila de 10, 20 y 40 placas de diferente metal, por ejemplo plata, con zinc, intercalando materiales humedecidos con solución salina, mientras más placas apiladas usara más duraba la corriente continua, y también ensayó con diferentes combinaciones de metales hasta obtener la combinación más eficiente, de hecho elaboró una tabla de diferentes metales en base a su respuesta a éste fenómeno. IV. EL REGALO DE VOTA AL MUNDO Después de varios años de investigación con su invento Volta envió una publicación a la Sociedad Real de Londres, la recibió su presidente Joseph Bancks, en este trabajo Volta dio una descripción detallada de su construcción y múltiples detalles de sus observaciones; casi de inmediato su dispositivo fue difundido en toda Europa. Dada la increíble sencillez de su construcción y el novísimo fenómeno que se ofrecía a los investigadores como era la generación no de descargas de corto alcance, ni de chispas, sino de un flujo constante de corriente, más intenso y duradero mientras más placas se apilaran, pronto se comenzaron a desplegar los nuevos fenómenos ligados a la corriente. Literalmente se abrió a los investigadores un mundo insospechado de nuevos resultados obtenidos además con un dispositivo que había sido construido prácticamente con los recursos y los materiales rústicos de la Edad Media. En principio los investigadores se concentraron en los fenómenos térmicos, es decir, en la rapidez con que los metales se calentaban, permitiendo así una clasificación de su conductividad. También se descubrió que un par de alambres diferentes unidos en sus extremos podrían, en función de la dirección de la corriente dar lugar a procesos de calentamiento ¡o enfriamiento!, y aún más, que si dos alambres diferentes se unían por sus extremos y se calentaban generaban un voltaje que era proporcional a la diferencia de temperatura entre los extremos unidos y los extremos sueltos; pero tal vez el producto más trascendente de esta invención fue que una corriente podía generar el campo magnético, dando lugar con ello al nacimiento del electromagnetismo. V. OERSTED, AMPERE Y BIOT-SAVART Fue el físico danés Oersted quien intentó hallar una relación entre la corriente y el campo magnético, para ello recurrió al uso de una brújula. Debemos comentar que este minúsculo y casi diríamos humilde objeto jugó, y juega aún en la actualidad, un eficaz papel de sensor del campo magnético, su sensibilidad le permite detectar pequeñísimos campos tal como el campo magnético terrestre. Oersted primero ensayó a colocar la brújula en un plano perpendicular al eje de un alambre con corriente, pero no encontró ninguna respuesta apreciable; el testimonio de uno de sus estudiantes narra que un día, al final de la clase se le ocurrió colocar la brújula con su eje paralelo al alambre con corriente, entonces sí hubo un giro claro de la brújula, luego invirtió la dirección de la corriente y la brújula giró en sentido contrario, este descubrimiento, aunque accidental, fue esencial en la historia del electromagnetismo ya que de manera irrefutable se demostró que las corrientes podían generar efectos magnéticos, uniendo desde entonces dos campos que aun cuando intensamente analizados habían marchado por caminos separados. Luego de ello Arago siguiendo en la misma dirección creada por Oersted encontró que el efecto magnético se amplificaba si enrollaba en forma de espirales al alambre con corriente. Ampere hizo lo mismo, pero con mayor destreza experimental y agudeza teórica logró dar una expresión matemática a la relación de la corriente con la generación de un campo magnético, expresión que luego fue afinada por Biot y Savart. VI. DISCUSIÓN La investigación prosiguió luego de que Ampere así como Biot y Savart le dieron una expresión matemática rigurosa a la relación entre la corriente y el campo magnético, finalmente los descubrimientos de Faraday permitieron a Maxwell las ecuaciones generales que unen a ambos campos cuando varían en el tiempo, las famosas 4 ecuaciones de Maxwell, pero es claro que el paso, que podríamos calificar de grandioso del campo eléctrico alcampo magnético fue posible gracias a la invención de Alejandro Volta, que pese a la sencillez de su construcción, o más bien por eso mismo, permitió a muchos físicos sin casi costo adentrarse en este campo absolutamente nuevo, tan fructífero en consecuencias que permitió incorporar el uso de los motores en la tecnología, iluminar literalmente al mundo con luz eléctrica, investigar los fenómenos asociados a los altos voltajes, demostrar que la luz era un fenómeno electromagnético, y, sobre todo, permitir el paso de la física clásica a la relatividad especial al encontrar que las ecuaciones de Maxwell eran inconsistentes con el principio galileano de los sistemas inerciales. IV. CONCLUSIONES Después de la invención de su pila, la evolución de la ciencia permitió elaborar otro tipo de fuentes de corriente basadas en el principio de inducción de Faraday y, recientemente, la obtención de corriente a partir de las celdas solares, pero la herramienta sencilla que inventó Volta fue la que permitió, lo repetimos, dar un salto prodigioso al unir los campos eléctricos y magnéticos. En general en la actualidad se puede pensar, en el área de la física experimental, que un descubrimiento trascendental solamente se puede lograr si se dispone de aparatos muy sofisticados y costosos; cuando se tiene un aparato así se llega a decir en broma que al dispositivo solo le hace falta escribir el artículo. Invenciones como las de Volta, Ampere, Biot Savart, Franklin o Faraday, que en general trabajaron con elementos rudimentario, nos hacen ver que, además de los instrumentos de experimentación un complemento esencial es el talento para observar, sacar hipótesis, y elaborar adecuadas teorías, y que un fuerte compromiso para quienes disponen de aparatos de observación y análisis caros y de alta tecnología, es que sus capacidades personales estén a la altura del instrumental de que disponen. AGRADECIMIENTOS El autor agradece el apoyo para la realización de este trabajo por parte de la COFAA. REFERENCIAS [1] Aldo Mielli, , Volta y el desarrollo de la electricidad, Colección AUSTRAL, ESPASA CALPE 485, 1944. [2] Alejandro Volta, La invención de la pila eléctrica, EUDEBA, 1965. [3] https://www.timetoast.com/timelines/evolucion-de-la-electrostatica [4] https://diarium.usal.es/elenamoro/2015/03/16/botella-de-leyden/ [5] https://es.wikipedia.org/wiki/Botella_de_Leyden [6] Desiderio Papp, Historia de le Física, Espasa Calpe S.A. 1961 . https://www.timetoast.com/timelines/evolucion-de-la-electrostatica https://diarium.usal.es/elenamoro/2015/03/16/botella-de-leyden/ https://es.wikipedia.org/wiki/Botella_de_Leyden
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