En la primera parte de estos apuntes de Física, vimos como la electricidad había pasado de ser un fenómeno prácticamente desconocido a una de las subramas más destacadas de la ciencia. Durante las primeras etapas de esta evolución, la electrostática, la corriente eléctrica o la electroquímica se convierten en algunos de los principales temas de estudio. Sin embargo, con la llegada de los primeros descubrimientos que relacionaban la electricidad con el magnetismo, la ciencia eléctrica experimenta un importante giro, pasando de constituir un único cuerpo científico a formar parte de uno aún mayor y más complejo; el electromagnetismo.

La mayoría de las fuentes coinciden en fechar los inicios de la era electromagnética en 1820; ese año, mientras impartía una de sus clases prácticas de física en la Universidad de Copenhague, el profesor danés Hans Christian Oersted (1777-1851) pudo comprobar de manera casual como la aguja de una brújula veía afectada su dirección al activarse en torno suyo una corriente eléctrica. Este hecho demostraba que, al generarse, una corriente eléctrica producía a su alrededor un campo magnético. Antes de conectar una corriente eléctrica cercana, una aguja imantada señala hacia el norte-sur geográfico; al conectar la corriente, la aguja se sitúa perpendicularmente a ella, al tiempo que si se invierten los bornes del generador haciendo cambiar de sentido a la corriente, la aguja también lo hace, señalando en sentido contrario al de la vez anterior. Estudios posteriores al descubrimeinto de Oersted demostraron que la intensidad de estos campos magnéticos dependía de la intensidad de la corriente que los generaba y disminuía con la distancia al conductor; además, su dirección dependía del sentido de la corriente.

Tras descubrirse el vínculo natural que lo unía a la fuerza eléctrica, el magnetismo pasó a ser considerado un importante objeto de estudio para la ciencia; sin embargo, durante mucho tiempo, este fenómeno hubo de sufrir un gran desinterés por parte de la comunidad científica. Su nombre se debe a una antigua ciudad griega llamada Magnesia, en donde era común un mineral con propiedades magnéticas, conocido hoy como magnetita. Las razones por las que la magnetita poseía propiedades magnéticas son las mismas para el resto de cuerpos magnéticos; la Wikipedia lo explica de la siguiente manera:

Cada electrón es por su naturaleza, un pequeño imán. Ordinariamente, innumerables electrones de un material están orientados aleatoriamente en diferentes direcciones, pero en un imán casi todos los electrones tienden a orientarse en la misma dirección, creando una fuerza magnética grande o pequeña dependiendo del número de electrones que estén orientados. [...] Además del campo magnético intrínseco del electrón, algunas veces hay que contar también con el campo magnético debido al movimiento orbital del electrón alrededor del núcleo.

De esta forma, cualquier cuerpo que, por estas razones, sea capaz de atraer objetos metálicos hacia sí, es considerado un imán. Los imanes pueden ser naturales o artificales; se dice que son naturales cuando su capacidad atractiva se debe a su propia composición natural, y artificiales cuando han sido magnetizados por una imantación previa. La imantación puede producirse por frotamiento, por contacto o por la acción de una corriente eléctrica;  puede ser además temporal o permanente. Todo imán consta de dos polos magnéticos denominados norte y sur en donde la capacidad atractiva es más intensa. De una manera análoga a como ocurre con las cargas eléctricas, los polos magnéticos del mismo tipo se repelen, mientras que los opuestos se atraen. Además, cada imán está a su vez compuesto por unidades elementales imantadas, de manera que, si se fracciona, las partes resultantes contendrán a su vez sendos polos norte y sur, idénticos a los originales. La acción magnética se produce a través de un campo de fuerzas denominado campo magnético cuyas características son similares a las comentadas anteriormente para el campo eléctrico; como en este, el parámetro de mayor importancia es la intensidad de campo (magnético), que se reduce con la distancia al imán y las líneas de fuerza no se cortan. Por convenio se dice que estas líneas salen del polo norte y entran en el polo sur.

Debido al movimiento de los metales (principalmente hierro y níquel) en estado líquido que hay en su núcleo, la Tierra posee su propio campo magnético, denominado campo magnético terrestre. Este campo se extiende desde el interior de la Tierra hasta el espacio exterior, sin un límite determinado. Suele relacionarse la polaridad geográfica de la Tierra con su polaridad magnética; sin embargo, ni coinciden en su orientación (el polo sur magnético se encuentra orientado hacia el norte geográfico) ni tampoco en su localización física (el eje de ambas polaridades no es el mismo). A pesar de todo, debido a su forzosa relación con el polo norte geográfico y al uso de la brújula, se denomina polo norte al polo sur magnético; la diferencia entre ambos polos medida en grados se denomina declinación magnética. Uno de los principales efectos del campo magnético terrestre es la formación de la magnetosfera, una región atmosférica que actúa como escudo frente al viento solar. Además, supone una protección fundamental frente a los rayos cósmicos, y un importante agente activo en la formación de las dorsales oceánicas.

El descubrimiento fortuito de Oersted provocó de forma casi inmediata una investigación científica acerca de los vínculos que unían a los fenómenos eléctricos y magnéticos. Quizás la principal contribución teórica en estos primeros años de la era del electromagnetismo se deba a Ampère (Ver Teoría y leyes [1ª parte]), quien, en 1922 y 1926 publicó sendos trabajos sobre los principios de la electrodinámica (el estudio teórico de la radiación electromagnética); por estas obras y por su labor científica en general, Ampère es considerado junto con Oersted el fundador de la ciencia electromagnética. En el campo de la ingeniería destacan las aportaciones del físico británico William Sturgeon (1783-1850), inventor del electroimán (1825), el conmutador para motores eléctricos (1832), y el galvanómetro de bobina giratoria (1836), y del pintor estadounidense Samuel Morse (1791-1872), inventor del telégrafo y de un sistema de señales diseñado para su uso, el Código Morse. En 1831, Faraday descubrió que el movimiento relativo entre un conductor eléctrico y un imán generaba en el primero una corriente eléctrica; el hallazgo de este fenómeno, conocido como inducción electromagnética, confirmó la sospecha que muchos científicos sostenían de que el experimento de Oersted podía realizarse inversamente y supuso el fundamento de inventos posteriores como los generadores, los motores eléctricos o el transformador. Por otra parte, el descubrimiento de Faraday se considera compartido con el estadounidense Joseph Henry (1797-1878), quién obtuvo los mismos resultados de manera simultánea e independiente al físico inglés. En esta misma época, otros científicos no específicamente especializados en la electricidad realizaron sus aportaciones; es el caso del inglés James Prescott Joule (1818-1889), teórico responsable de la ley de Joule, que cuantifica la generación de calor producido por una corriente eléctrica al atravesar una resistencia, quien además demostraría en 1841 junto con el alemán Hermann von Helmholtz (1821-1894) que la electricidad es una forma de energía y que, por tanto, cumple con la ley de conservación de la misma; o su compatriota William Thomson (1824-1907), cuyo trabajo supuso una importante aportación al campo de la termoelectricidad.

Gracias a la labor de estos y otros muchos científicos durante la primera mitad del s. XIX, el electromagnetismo como rama de la física queda fundada en sus bases y desarrollado en muchos de sus aspectos; sin embargo, es con la obra del notable físico escocés James Clerk Maxwell (1831-1879) cuando toda esa labor anterior queda finalmente unificada en una única teoría consistente y se establece el modelo de la electrodinámica moderna. Concretamente, la publicación de 1861 de Maxwell titulada On Physical Lines of Force contiene un conjunto de ecuaciones, denominadas ecuaciones de Maxwell, que en sí mismas describen por completo todo el conjunto de fenómenos electromagnéticos. Aparte, las ecuaciones de Maxwell sirivieron para demostrar que tanto el magnetismo y la electricidad como la luz son manifestaciones de un mismo tipo de campo, resultante de la combinación del campo eléctrico y magnético, denominado campo electromagnético (no he podido averiguar cómo). En el caso de la luz, su manifestación puede explicarse como una combinación de campos eléctrico y magnético oscilantes, perpendiculares entre sí y perpendiculares también a su dirección, que no necesita de ningún medio para propagarse y que alcanza una velocidad máxima en el vacío de 299.792 Km/s (velocidad de la luz). Las fuentes de la radiación electromagnética son cargas eléctricas aceleradas, es decir, que cambian con el tiempo su velocidad de movimiento; al generarse un campo eléctricos o magnético variable, se produce a su vez un campo del tipo “contrario” (el eléctrico produce uno magnético y viceversa), razón por la que se explica la radiación electromagnética y la autosustentación de sus ondas. Las ondas electromagnéticas poseen como características principales la elongación, que mide el desplazamiento de un punto respecto a la posición de equilibrio, la amplitud, o elongación máxima (la “altura” de la onda), la longitud, definida como la distancia entre dos puntos análogos consecutivos, la frecuencia, que es el número de ciclos o vibraciones por unidad de tiempo, el periodo, que mide el tiempo invertido en efectuar un ciclo o vibración completa, y la velocidad de propagación, que varía según el medio. De acuerdo a su frecuencia y longitud, una onda electromagnética puede pertenecer a uno u otro rango determinado de todo un conjunto posible denominado espectro electromagnético; a menor longitud de onda y mayor frecuencia, mayor será el valor energético de la onda. De mayor a menor longitud de onda, el espectro electromagnético se compone de ondas de radio, microondas, rayos infrarrojos, luz visible, rayos ultravioletas, rayos X, y rayos gamma.

La constatación empírica de la existencia de las ondas electromagnéticas vendría dada años después de la publicación de Maxwell con el trabajo del físico aleman Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894), quien en 1888 pudo demostrar la radiación electromagnética al producir ondas de radio durante sus investigaciones en la Universidad de Karlsruhe. Aparte, Hertz realizó una reformulación de las ecuaciones de Maxwell y descubrió el efecto fotoeléctrico, entre otros logros. La unidad de frecuencia en el Sistema Internacional de Unidades se denomina Hercio (Hz) en su honor.

El desarrollo teórico del electromagnetismo durante la segunda mitad del siglo XIX vendría acompañado de una incesante serie de avances técnicos que, junto con el desarrollo de otros campos de la ingeniería, daría lugar a la segunda revolución industrial: en 1876 se atribuye la invención del teléfono al científico británico y miembro fundador de la National Geographic Society Alexander Graham Bell (1847-1922), quien tuvo que enfrentarse en vida a varios litigios por la autoría de este invento; en junio de 2002, el Congreso de los Estados Unidos de América aprobaría una resolución por la que se reconocería como inventor del teléfono al italiano Antonio Meucci (1808-1889). En 1879 se presenta un modelo perfeccionado de la lámpara incandescente diseñado por Thomas Alva Edison (1847-1931) que logra mantener su brillo durante 48 horas ininterrumpidas. En 1882 el ingeniero y físico inglés John Hopkinson (1849-1898) patenta el sistema trifásico. Una de las principales personalidades de esta época sería la del reconocido inventor croata-estadounidense Nikola Tesla (1856-1943) responsable de la creación de una base teórica para la generación de corriente alterna, y de muchos inventos diseñados para su aplicación, así como tantos otros ingenios; tras haber ingresado en los laboratorios de Thomas Edison, pasaría a fundar su propia compañía en parte debido a las diferencias entre ambos científicos sobre el uso de la corriente continua o alterna para el suministro de los aparatos eléctricos. Durante este periodo, Tesla crea el motor de inducción de corriente alterna (1887). Al no poder sostenerse económicamente, el científico croata pasa a formar parte de la compañía del también inventor George Westinghouse (1845-1914), a quien vende además las patentes de sus inventos. En esta época, la competencia entre la concepción técnica relativa al uso de corriente continua o alterna entre Edison (partidario de la CC), por una parte, y Tesla y Westinghouse (partidarios de la CA), por la otra, daría lugar a la conocida como “Guerra de las Corrientes“. En 1891 inventa la bobina de Tesla. En 1893 construye el primer radiotransmisor, hecho que le llevará durante las siguientes décadas a un importante litigio con el italiano Guillermo Marconi (1874-1937) por el reconocimiento de su autoría. Dicho litigio terminaría resolviéndose finalmente a favor de Tesla, quien sería reconocido oficialmente en Estados Unidos como inventor de la radio. En la misma década de los 90, a finales del s. XIX, se construiría la primera central hidroeléctrica de la historia en las cataratas del Niágara, gracias principalmente a los aportes técnicos desarrollados por Tesla. Las unidades de densidad de flujo magnético, inducción magnética y polarización magnética en el Sistema Internacional de Medidas llevan el nombre de este científico en su honor. Otros grandes diseños relacionados con el electromagnetismo irían apareciendo en los últimos años del siglo XIX; en 1895 el alemán Wilhelm Conrad Röntgen (1845-1923) produjo por primera vez rayos X. En 1899 Marconi consigue establecer comunicaciones entre Inglaterra y Francia a través del Canal de la Mancha gracias a la telegrafía sin hilos. Además, en 1897, el físico inglés Joseph John Thomson (1856-1940) logra desviar una proyección de rayos catódicos aplicando un campo magnético, demostrando así que dichos rayos estaban compuestos de partículas individuales, conocidas hoy como electrones, lo que supondría la primera identificación de una partícula subatómica.

Ya en el siglo XX cabe destacar las aportaciones del estadounidense Robert Andrews Millikan (1868-1953), quien determinó  en 1909 la carga del electrón (1,602 x 10^-19 C) gracias a su famoso experimento, o del holandés Heike Kamerlingh Onnes (1853-1926), pionero de la superconductividad. El descubrimiento de nuevos inventos no solo no cesaría en las sucesivas décadas sino que aún seguiría en aumento hasta el punto de transformar las culturas y sociedades humanas de manera similar a como ocurriera con las anteriores revoluciones industriales, afectando además de una manera muy específica a sus distintos sectores; surgen así inventos como el electrocardiograma, la televisión, el refrigerador doméstico, el radar, el acelerador de partículas subatómicas, el microscopio electrónico, el radiotelescopio, la fotocopia, la computadora, el transistor, el horno microondas, el satélite artificial, el marcapasos, el circuito integrado, el laser, la nave espacial, la estación espacial, el tren de levitación magnética, el transbordador espacial, Internet, la telefonía móvil, el Sistema de Posicionamiento Global, etc, nuevos campos de estudio y trabajo como la electromedicina, la informática, la robótica o las telecomunicaciones, y modos innovadores para la generación de energía eléctrica, como las centrales nucleares, los parques eólicos o las centrales de energía solar fotovoltáica.

Ver también:

Youtube – Electricidad Inalámbrica
Youtube – Tormenta magnética
Youtube – Ciencia al desnudo: Tierra magnética
Youtube – La luz, más allá de la visión

Entradas relacionadas:

Apuntes de Física: Teorías y leyes (1ª parte)

Otros apuntes en Diario de un explorador:

Apuntes de Física: Los orígenes del Universo (1ª parte)

Me ha parecido muy interesante el artículo de elmundo.es titulado La `crisis del cannabis´ enfrenta a Brown con la comunidad científica, en el que se describe el malestar creado en aquel sector tras el despido del presidente del Consejo Asesor sobre Mal Uso de Drogas David Nutt, por criticar la decisión del Gobierno Británico de catalogar el cannabis como droga dura, alegando que aquella (u otras drogas como el LSD) son menos nocivas que el alcohol o el tabaco.

Desde Diario de un explorador, me gustaría manifestar mi apoyo a David Nutt, no solo por sus palabras, que considero acertadas, sino por su decidido ejercicio del derecho a la libertad de expresión.

Universcale y Cell size and scale son dos aplicaciones en flash muy útiles para la comparación de objetos a diferentes escalas. Ambas son enlazadas aquí vía Microsiervos.

Ambos documentales están subidos desde el canal IanuaStella.

Se multiplican las noticias acerca de los planetas extrasolares en estos días. En elmundo.es: Descubren una treintena de planetas fuera de los límites del Sistema Solar y Un planeta extrasolar con las moléculas de la vida. Anteriormente también: Un gemelo rocoso de la Tierra (En alusión al recientemente descubierto Corot 7b).

Personalmente, no creo que sea muy buena idea dar demasiada popularidad a este tipo de descubrimientos; podrían acabar frivolizándose, como el resto de las modas.

Según veo en la wikipedia, lo que leía el mítico Jim Morrison en su etapa previa a la formación de los Doors era autores como Friedrich Nietzsche, Aldous Huxley, Jack Kerouac, Charles Baudelaire, Arthur Rimbaud, el conde de Lautréamont, Emanuel Swedenborg, Gérard de Nerval y William Blake. Parecen lecturas apropiadas para el que no solo resultó ser un destacado artista, sino también un aficionado a los enteógenos.

Dentro de las propiedades características de las partículas elementales o partículas subatómicas se encuentra la carga eléctrica. Esta carga puede ser positiva o negativa, aunque algunas partículas poseen carga neutra, es decir, que su carga eléctrica es 0; es el caso por ejemplo del neutrón. Se atribuye la identificación de los dos tipos de carga eléctrica al físico francés Charles du Fay, (publicación en 1733). La carga mínima negativa que puede poseer una partícula es la correspondiente al electrón, -1 (también denominada -e); la positiva es la que posee el protón, 1 (denominada simplemente, e). Cualquier carga mayor que la mínima en un cuerpo será siempre un múltiplo entero de aquella, (para expresar esta particularidad de la materia se dice que la carga eléctrica es una propiedad cuantizada). A pesar de esto, existen un tipo de partículas, los quarks, cuya carga eléctrica es fraccionaria ( ±1/3 ó ±2/3 ), aunque no se encuentran libres en la naturaleza. Hoy en día sabemos que el antiguo filósofo griego Tales de Mileto (639 a.C – 547/6 a.C) conoció la propiedad eléctrica de la materia al frotar con piel o lana un fragmento de ambar, lo que le permitía atraer objetos de pequeño tamaño al estar cargado eléctricamente.

Esta propiedad de la carga eléctrica de las partículas resulta fundamental para entender las interacciones eléctricas que pueden darse en la materia a pequeña o gran escala. En concreto, las interacciones eléctricas entre cargas se explica a través de un modelo de campo, es decir, un marco teórico diseñado para ilustrar la acción de fuerzas a distancia; el tipo de campo utilizado para este tipo de interacciones es el campo eléctrico. En nuestro caso, nos basaremos en un modelo de campo eléctrico ideado para los casos en que su estado sea estático, es decir, un campo electrostático, para estudiar la interacción de una carga eléctrica con otras cargas.

El campo electrostático es el resultado del efecto provocado en una región del espacio por, al menos, una carga eléctrica en otra u otras cargas. El modelo más sencillo de campo electrostático es el generado por una única carga puntual, denominada Q; por convenio, Q es la carga unidad positiva, es decir, la equivalente a la de un protón, e. Al resto de cargas afectadas por el campo electrostático generado por Q se las denomina cargas prueba, y su designación en el campo es q (q1, q2, etc). Las cargas eléctricas de mismo signo se repelen, mientras que las opuestas se atraen; las cargas neutras no se ven afectadas por la acción eléctrica de otras cargas. Estas interacciones atractivas o repulsivas se producen por medio de una fuerza directamente propocional a la magnitud de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa, según la ley de Coulomb. Esto se refleja en la acción que produce un campo en las cargas prueba; sin embargo, la magnitud que refleja fundamentalmente la naturaleza de un campo electrostático (y eléctrico) es la intensidad del campo eléctrico (E), definida como la fuerza que actúa sobre una carga prueba e en un punto del campo. Cuanto mayor es la carga de Q, mayor será la intensidad del campo eléctrico; asimismo, cuanto más cercano se encuentre un punto del campo respecto de su carga generadora Q mayor será E en él. La representación gráfica de un campo eléctrostático (y también eléctrico) se realiza a través de una serie de líneas imaginarias denominadas líneas de fuerza. Estas líneas indican la dirección de la fuerza en el campo, y su tangente, la dirección de E en un determinado punto del campo.

Cuando la interacción eléctrica se produce entre cargas en reposo, se denomina electricidad estática o electrostática. Esta fue la primera rama del electromagnetismo en desarrollarse. Para que se produzca la electrostática es necesario que los cuerpos interactuantes estén cargados eléctricamente, es decir, que ganen o pierdan electrones, o que se polaricen. Lo primero es posible por frotamiento o por contacto, lo segundo por inducción. Durante el frotamiento, el material con mayor tendencia a perder electrones puede traspasar su carga negativa si los átomos de la otra sustancia ofrece niveles energéticos más favorables para su ubicación; la capacidad para adquirir una carga positiva o negativa varía en cada material y se encuentra diferenciada en un listado denominado serie triboeléctrica. Además, el simple contacto entre materiales cargados permite también la transmisión de cargas. La inducción, por el contrario, supone la separación de cargas (polarización) en un material a través del influjo de otro material cargado sin necesidad de contacto. Una posible forma de transmisión de electricidad entre materiales cargados es la descarga eléctrica (Véase el rayo). Los primeros diseños realizados para el estudio y tratamiento de la electricidad estática se idearon a comienzos de la edad moderna; es el caso del electroscopio, del médico y físico inglés William Gilbert (1544-1603), entre cuyos logros destaca además la acuñación del término “electricidad”. La primera máquina capaz de producir y almacenar energía eléctrica estática por rozamiento se debe al físico alemán Otto von Guericke (1602-1686). En 1746 se desarrolla en la Universidad de Leiden los primeros condensadores eléctricos, denominados botellas de Leyden.

Otro de los inventos fundamentales para el estudio de la electrostática y el desarrollo de la electricidad en general es la balanza de torsión de Charles-Agustin de Coulomb (1736-1806). Gracias a su invención, Coulomb pudo establecer su famosa ley, mencionada arriba. En honor a este científico se denomina coulomb o culombio a la unidad de carga eléctrica en el Sistema Internacional, definida como la cantidad de carga transportada en un segundo por una corriente de un amperio (unidad esta última que veremos después). Un coulomb es el equivalente a la carga de 6,24 x 10^18 electrones, aproximadamente. Por otra parte, la unidad de medida de la intensidad del campo eléctrico es el newton por coulomb(N/C).

Aparte de los métodos de transmisión de cargas vistos anteriormente, existe la posibilidad de que una sustancia cargada transmita electricidad a otra a través de un conductor. Este fenómeno, cuyo estudio e investigación pionera se debe a la obra del físico inglés Stephen Gray (1666-1736), se denomina conductividad eléctrica, y resulta de gran importancia a la hora de comprender el desarrollo de uno de los principales pilares de la ingeniería y de la ciencia eléctrica en general; la corriente eléctrica. Los principales conductores eléctricos son los metales y sus aleaciones, las soluciones salinas y el plasma. Además, la conductividad eléctrica es una propiedad que varía con la temperatura. Al contrario que los conductores, los aislantes presentan gran resistencia ante el desplazamiento de cargas y, por tanto, no conducen bien la electricidad; el plástico o la madera son algunos ejemplos. Existe un tercer tipo de materiales, los semiconductores, que dependiendo de la temperatura ambiente adquieren capacidad conductora o aislante. Para que un material haga de conductor, es necesario que conecte dos cuerpos o polos cuya diferencia de potencial provoque la corriente eléctrica. Por lo general, se considera al flujo de cargas desde el polo negativo al positivo como el sentido real de la corriente; sin embargo, el sentido establecido para el uso de esquemas eléctricos es el contrario (del polo positivo al negativo) por razones históricas. En los generadores eléctricos, como veremos más adelante, se denomina cátodo al polo negativo o de menor potencial, y ánodo al polo positivo o de mayor potencial. Los principios sobre conductividad servirían para que, a finales del s. XVIII, Alessandro Volta (1745-1827) ingeniara los primeros aparatos capaces de producir corriente eléctrica: el electróforo (1785), formado por una torta de resina y un disco metálico conectado a tierra que, al cargarse por electrostática, hacía las veces de condensador, y la pila voltáica (1800), que consistía en una apilación de discos metálicos (principalmente cinc y cobre) separados por piezas de cartón o fieltro y a los que se les aplicaba agua o salmuera (ácido sulfúrico diluido en algunas fuentes). En el caso de la pila voltáica, el líquido serviría como conductor eléctrico; esto se debe a que en él se encuentran partículas ionizadas que actúan como corriente. A este medio de conducción eléctrico se le denomina electrolito. En honor a la contribución científica de Volta, se denomina voltio a la unidad derivada del Sistema Internacional para el potencial eléctrico, la fuerza electromotriz y el voltaje o diferencia de potencial. Diseños de pilas inspirados en el original de Volta son utilizados hoy en día para obtener electricidad.

El mismo periodo en el que el desarrollo de los conductores y la generación de corriente eléctrica hacían avanzar a la ciencia eléctrica, supuso el surgimiento y consolidación de la electroquímica como una de sus ramas más destacadas. Entre sus principales pioneros se encuentran el inglés Humphry Davy (1777-1829), cuyos estudios sobre la electrólisis le permitieron mejorar esta técnica, identificar diversos elementos químicos de forma experimental o descubrir el cloro entre otros logros, y Michael Faraday (1791-1867), que contribuyó al desarrollo teórico de la electrólisis mediante la formulación de sus dos leyes fundamentales o leyes de Faraday. La electroquímica supone el uso de reacciones químicas como parte del proceso de generación de la electricidad, o bien, la intervención de esta en la generación de ciertas reacciones químicas. Lo primero lo encontramos por ejemplo en el mismo diseño funcional de la pila voltáica; lo segundo se halla en la electrólisis. En la electrólisis, un par de electrodos conectados a un generador eléctrico son aplicados a un electrolito para que se produzca la separación de sus componentes. Generalmente, el electrolito consiste en una solución de un ácido, una base o, más frecuentemente, un compuesto salino cuya disolución provoca la disociación de sus componentes en un proceso conocido como solvatación. En algunos casos, es la reacción química del soluto con los componentes del disolvente lo que produce un compuesto iónico. En la electrólisis el electrolito no conduce electrones; la Wikipedia describe la reacción específica de este proceso de la siguiente manera:

Los electrones solos normalmente no pueden pasar a través del electrólito; en vez de ello, una reacción química sucede en el cátodo, consumiendo los electrones del cátodo, y otra reacción ocurre en el ánodo, produciendo electrones para ser capturados por el ánodo. Como resultado, una nube de carga negativa se desarrolla en el electrólito alrededor del cátodo, y una carga positiva se desarrolla alrededor del ánodo. Los iones en el electrólito se mueven para neutralizar estas cargas para que las reacciones puedan continuar y los electrones puedan seguir fluyendo.

En ciertos procesos electrolíticos, es el disolvente el que, elementalmente, reacciona con los electrodos para permitir el flujo de cargas; en otros casos, las reacciones en los electrodos pueden involucrar a los metales de los electrodos o a los iones del electrolito. Al tratarse de un proceso de transferencia de electrones, la interacción iónica con los electrodos puede considerarse como reacción de reducción-oxidación o redox; el cátodo, que cede electrones a los cationes o iones positivos actúa como agente reductor, oxidándose, mientras que el anión actúa como agente oxidante al tomar electrones de los cationes, quedando con un estado de oxidación menor del que tenía, es decir, reducido.

Aparte de los logros alcanzados por la ciencia eléctrica en el campo de la electroquímica, habría que añadir el trabajo teórico de algunos de los investigadores más importantes de este mismo periodo como André-Marie Ampère (1775-1836), o Georg Simon Ohm (1789-1854). La obra de Ampère supuso el inicio de la unificación de la electricidad y el magnetismo como una única rama de la Física; en su honor se denonima amperio a la unidad para la intensidad de corriente eléctrica en el Sistema Internacional. Un amperio es el equivalente al desplazamiento de un coulomb (6,24 x 10^18 e) de carga por un conductor eléctrico en el tiempo de un segundo. Por su parte, el físico alemán Ohm desarrolló una importante labor teórica acerca de la corriente eléctrica, siendo su aportación más destacada la ley de Ohm, que dice que la intensidad de la corriente eléctrica que circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo. La unidad de resistencia eléctrica lleva su nombre en reconocimiento a su trabajo; un ohmio es la resistencia eléctrica que existe entre dos puntos de un conductor cuando una tensión de 10V produce una corriente de 125A. Otra de las unidades de medida fundamentales para la ciencia eléctrica debe su nombre a un importante científico moderno, a pesar de que su campo no fuera específicamente el de la electricidad; es el caso del ingeniero y matemático James Watt (1736-1819), en cuyo honor se estableció el vatio como unidad de la potencia eléctrica en el Sistema Internacional de Unidades. El vatio es la potencia producida por una tensión de un voltio y una corriente eléctrica de un amperio.

Hasta principios del s. XIX, el avance de la ciencia eléctrica había sido lo suficientemente importante como para convertir a un fenómeno tan desconocido como la electricidad en uno de los principales campos de la Física. Sin embargo, la verdadera revolución en el mundo de la electricidad vendría con la serie de estudios y descubrimientos que, en esta misma época, auspiciaban la unión entre electricidad y magnetismo, abriendo las puertas para la formación de una rama física aún más compleja y avanzada; el electromagnetismo. [Continuación: Apuntes de Física: Teorías y leyes (2ª parte)]

Ver también:

Electrowiki (Muy recomendado)
Youtube – Electrólisis
Youtube_ Electricidad
Youtube_ La corriente eléctrica
Youtube – Voltaje, energía y fuerza
Youtube – Electrólisis del agua (1 de 3)
Youtube – Electricidad y magnetismo (1 de 7)
Máquinas científicas
Experimentos de electrostática
Así funciona – Qué es la corriente eléctrica
Diario de un explorador – Efectos de una descarga eléctrica sobre el organismo
Monografías – Teoría básica y problemas propuestos de electrostática

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Apuntes de Física: Teorías y leyes (2ª parte)

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