Los héroes de la era eléctrica

En los inicios del siglo XIX muchas personas iban a la Universidad de Copenhague para disfrutar de las famosas demostraciones de física y química de un farmacéutico con la pila de Volta.

La fama que cultivó el danés Hans Christian Oersted (1777-1851) en aquellos momentos fue de tal calibre que se ha convertido en leyenda su gran descubrimiento del 21 de julio de 1820. Ante una multitud ávida de nuevas sensaciones, conectó con la precisión de cirujano un cable a una de sus pilas voltaicas. Cuentan que la casualidad hizo el resto: una brújula cercana –metida en una caja de cristal– se desvió ante los sorprendidos ojos del respetable. Había conseguido demostrar empíricamente que una corriente eléctrica era capaz de tener efectos sobre un imán. Fue uno de los momentos cruciales de la historia de la humanidad, algo parecido al inicio de una película, eclipsado por los sucesos posteriores. Oersted, por su parte, vivía con la tentación de comparar fuerzas eléctricas y magnéticas desde hacía quince años.

Siglos antes, el ser humano ya investigaba sobre ello. Suele comenzarse la historia de la electricidad citando a Tales de Mileto (624-546 a. C.) como el descubridor de las propiedades eléctricas del ámbar. Hablamos de una resina fosilizada de origen vegetal, esas hermosas piedrecitas anaranjadas que nos recuerdan a los mosquitos con los que el escritor Michael Crichton montó su imaginario Parque Jurásico. Sin embargo, el físico griego no dejó nada escrito; todo nos ha llegado de la mano de Aristóteles, que lo cita de pasada en su libro Sobre el alma. También pensó que la magnetita, una extraña piedra que atraía al hierro, tenía alma. En esta identificaba algo cinético y, en ese sentido, tanto el ámbar como la magnetita eran capaces de producir movimiento. Aunque Tales observó dos fenómenos claramente distintos, Diógenes Laercio (180-240) cuenta en sus Vidas de filósofos que vio la misma causa en ambas situaciones: hay alma en los seres inanimados.

No es ninguna simplicidad pensar que las cosas están llenas de dioses si lo vemos desde la perspectiva de Tales de Mileto, allá por el siglo VI a. C. Es un eco del pasado que ya estaba pidiendo unificar electricidad y magnetismo desde el momento de su descubrimiento. Esos dioses del ayer son la ciencia de hoy.

En los siguientes siglos fueron sucediéndose los textos en los que se hacía alguna referencia a estas cualidades de la materia, pero hubo que esperar al siglo XIII para que el francés Peter Peregrinus de Maricourt publicase Epístola de magnete, el primer tratado sobre los imanes que casi podríamos considerar científico. Su importancia radica en que estudia la brújula, el GPS de la antigüedad que tendió puentes entre mundos. En 1600, un médico de la reina Isabel I de Inglaterra dio una razón al movimiento de las brújulas: la Tierra es un imán gigante. Hablamos de William Gilbert (1544-1603), que construyó la terrella, una Tierra pequeñita imantada, para experimentar. Fue el primero en usar el término electricidad, y lo acuñó a partir de la palabra ámbar, pues, en griego, esta resina se llama elektron y, en latín, electrum.

Cuando necesitas cargar el móvil, lo que haces es conectar tu dispositivo a la red eléctrica mediante un cable y un transformador. Debemos agradecérselo a Stephen Gray (1666-1736), un físico inglés, hoy casi olvidado, que descubrió en 1729 que la electricidad puede ser conducida a través de un cuerpo conductor. Es más, clasificó los cuerpos en conductores y aislantes. Esto hace que no te electrocutes cuando quitas el cable de la lavadora que te estorba para limpiar el suelo de la cocina, pues está recubierto por un material plástico aislante. Cuatro años después, siguiendo las observaciones de Gray, el francés Charles François du Fay (1698-1739) dividió la electricidad en dos tipos: la vítrea y la resinosa. Un matiz importante que inauguró toda una nueva época y un paradigma en el entendimiento de esta materia. Comenzó la era de la teoría de los fluidos eléctricos. Eran los primeros pasos que nos llevarían a conocer los dos tipos de carga que hemos estudiado en el colegio.

Hoy sabemos que la teoría de los dos fluidos es incorrecta, pues interpreta erróneamente las observaciones de los dos tipos de fenómenos respecto a la electricidad. En la época de la que hablamos, los científicos tendían a inventarse un fluido desconocido e invisible para explicar cualquier cosa. Así, también nos encontramos con dos teorías que después fueron refutadas: la del calórico, por la que el calor sería un fluido hipotético que impregna la materia; y la del flogisto, según la cual una sustancia que contendrían los objetos susceptibles de sufrir una combustión.

En un símil deportivo, podríamos hablar de equitación: en aquel momento estábamos sacando nuestro caballo de la cuadra para darle las primeras lecciones. Desde el contacto inicial hasta que pudimos montarlo adecuadamente pasó un tiempo y, por supuesto, cometimos muchos errores. Desde Tales hasta que Edison encendió su bombilla, hemos tenido que domar la electricidad y sufrir caídas. Si jugando al Trivial te preguntaron quién inventó el pararrayos, seguro que acertaste: uno de los firmantes de la Declaración de Independencia de los Estados Unidos (1776), Benjamin Franklin (1706 -1790). El papel más importante que jugó este pionero fue su propuesta de reducción de dos fluidos eléctricos a solo uno. La teoría del fluido único afirmaba que el exceso de aquel estaba relacionado con la electricidad vítrea (positiva) y la pérdida del mismo, con la electricidad resinosa (negativa). Fue un paso de gigante que no recibió un apoyo instantáneo general. Se impuso poco a poco, pues ambas teorías explicaban el fenómeno del mismo modo, es decir, sin dar en la tecla de la causa de estos fluidos. Solo salvaban las apariencias del fenómeno en base a elementos intangibles.

En la misma década en que se firmaba la Declaración de la Independencia, Henry Cavendish (1731-1810) propuso que podría haber una analogía entre las fuerzas gravitatorias y eléctricas. La constante de gravitación universal fue deducida por primera vez por él, por eso también se conoce como constante de Cavendish. Pero lo cierto es que este valor solo se extrae de los cálculos que hizo para encontrar la densidad de la Tierra, nunca lo buscó. Conocía bien la ley de gravitación de Newton y procuró encontrar la similitud con la electricidad. Sus intentos fueron extraños para hoy: como no contaba con instrumentos, se aplicaba descargas eléctricas y medía la intensidad en función del dolor que sufría. En todo caso, Cavendish fue un tipo peculiar cuya biografía merece la pena leer. Finalmente la analogía entre la ley de gravitación y la electricidad la encontraría el francés Charles-Augustin de Coulomb (1736-1806) en 1785. Las expresiones matemáticas de ambas fuerzas son iguales, solo hay que cambiar masa (gravitación) por carga (coulomb), además de que las constantes de proporcionalidad en cada caso son diferentes. Las masas solo tienen un signo (positivo) y siempre se atraen entre ellas. Por contra, las cargas pueden ser de dos signos –positivas y negativas–, por lo que las fuerzas se muestran atractivas –cargas de distinto signo– o repulsivas –del mismo signo–. El descubrimiento de la ley de Coulomb fue un hito que convertiría la electricidad, al fin, en algo medible, no solo en un fluido etéreo en la mente de los científicos.

No sabemos con certeza cuánto tiempo estuvo el ser humano pasando llamas de palito en palito para conservar el fuego hasta que descubrió las técnicas de fricción o de pedernal y eslabón (sílex y pirita). En cualquier caso, fue un paso importante que cambió para siempre la vida del Homo sapiens. Con Coulomb empezamos a describir el funcionamiento de la electricidad, mientras que el surgimiento de los primeros condensadores significó el pistoletazo de salida hacia la era del control de la misma. Uno le puso la brida a nuestro caballo –el físico galo–; y ahora estábamos colocando la cincha –condensadores y generadores–. Recordemos que un condensador eléctrico es un dispositivo capaz de almacenar energía eléctrica para poder ser utilizada en cualquier momento.

La botella de Leyden es el primero de esta tipología del que se tiene constancia. Las cargas eléctricas en este caso se generan mediante electricidad estática, de forma similar a la que se produce en nuestras manos cuando tocamos la barra de plástico del carro de la compra; en ese momento almacenamos energía eléctrica y luego la soltamos al tocar la carrocería del coche. Con electricidad electrostática también podemos generar millones de voltios, como es el caso del generador de Van de Graaff, que se usa en la actualidad en aceleradores de partículas. Los condensadores guardan energía eléctrica, mientras que los generadores la crean. Ambos pueden estar conectados para fabricar la electricidad y luego conservarla. Una pila puede entenderse como un generador primario, pues no almacena energía eléctrica, sino que la crea a partir de reacciones químicas. Este es el caso de la famosa pila voltaica. La voz pila viene de que el químico y físico italiano Alessandro Volta (1745-1827) apiló láminas consecutivas de cobre y cinc en una disolución salina para generar la corriente. En 1801 presentó su invento a Napoleón Bonaparte y este le hizo senador de Lombardía.

Pasó poco tiempo desde que el ser humano comenzó a guardar cargas eléctricas en una botella hasta que dispuso de un dispositivo que crease las cargas eléctricas sin la participación humana constante. La pila es a la electricidad lo que la cerilla al fuego. El paso del condensador a la pila es comparable a aquel salto histórico que nos llevó de conservar una llama de ramita en ramita a generar fuego donde y cuando queríamos. Aun así, hoy son más usadas las baterías, aunque contradictoriamente se parecen más a los condensadores que a las pilas. Una batería es un generador secundario, pues necesita un generador primario para acumular de forma química la carga eléctrica. Lo bueno: duran más.

Nuestro proceso de domesticación de la electricidad para usarla cuando y donde la necesitemos podría dividirse en cuatro etapas, aunque difusas en la historia de la humanidad: observaciones de los distintos fenómenos, comprensión de estos, desarrollo de generadores eléctricos de distinta tipología y el matrimonio liberal entre electricidad y magnetismo. Si el siglo XVIII fue el de la comprensión de la electricidad, el XIX sería el del cortejo y posterior nupcias entre esta y el magnetismo. La comprensión de los fenómenos y la elaboración de distintos generadores se mantuvieron incluso hasta el siglo XX.

Tras la invención de la pila de Volta, el cortejo entre el magnetismo y la electricidad estaba servido. El filósofo italiano Gian Domenico Romagnosi (1761-1835) perdió la oportunidad de hacer de celestina en 1802, cuando observó que una cadena de plata conectada al terminal de la pila movía la aguja de una brújula cercana. Quizá su escasa formación científica no le indujo a profundizar en el fenómeno. Aun así, hay dudas de que su observación fuese correcta y se debiese realmente al electromagnetismo. Algo parecido le pasó en 1804 al también italiano Benedetto Mojon, que imantó por error una aguja de acero al dejarla sobre una pila voltaica durante días. Y así podemos seguir elaborando una larga lista durante las dos primeras décadas del siglo XIX. Hasta llegar al premio final. Porque la historia de la ciencia, por desgracia, a veces es una historia de triunfadores y olvidados.

Como dijimos al principio, en 1820 el físico danés Oersted llevó a cabo el experimento que supuso el principal avance hacia el uso actual que hacemos de la electricidad. Demostró que una corriente eléctrica puede desviar la aguja imantada de una brújula, ¡sin que exista contacto entre ellas! Eso no podía significar otra cosa que la electricidad y el magnetismo tenían una relación. El cortejo ya se había hecho patente, así que comenzó una lucha por llegar al matrimonio. Un enlace legítimo que supondría el control que hacemos hoy de la electricidad.

Llegó la noticia a un matemático francés que vivía en París y estaba desencantado por sus infructuosos intentos por hacerse un hueco en el mundo de la química. André-Marie Ampère (1775-1836) se puso manos a la obra y, en poco tiempo, logró explicar el fenómeno: la electricidad estática y el magnetismo tienen un mismo origen, pero diferentes efectos. El origen común son las cargas eléctricas –hoy sabemos que se trata de electrones–. En el caso de la electricidad estática, hablaríamos de cargas en reposo, pero cuando estas se mueven –corrientes eléctricas–, se convierten en imanes diminutos.

Afirmó que hay materiales que presentan en su interior movimientos continuos de estas cargas –corrientes amperianas– y, por tanto, son imanes perpetuos. Aunque la explicación actual es algo más compleja, en lo básico acertó de pleno y le puso hasta nombre a la nueva disciplina inaugurada por él: electrodinámica. Esta unificación supuso un nuevo cambio de paradigma por el que James Clerk Maxwell (1831-1879) se refirió a él como “el Newton de la electricidad”.

Si una corriente eléctrica genera un campo magnético, ¿un campo magnético puede generar una corriente eléctrica? Michael Faraday (1791-1867) demostró que sí. En 1831 este británico realizó el famoso experimento que lleva su nombre: si introducimos y sacamos un imán dentro de un solenoide (o solo una espira), se produce una corriente eléctrica en su interior. El inicio de la era de la electricidad doméstica había comenzado. Hoy Faraday está presente absolutamente en todos los generadores eléctricos en los que el movimiento sea la base: eólicos, combustión, nucleares, dinamos y un largo etcétera.

Su experimento se tradujo, con el tiempo, en la ley de FaradayLenz, una forma matemática de conocer la cantidad de corriente eléctrica que podemos conseguir a partir de la variación de flujo magnético en el interior de una espira. Dio lugar a otra tormenta en el mundo científico y tuvo rápidamente sus efectos tecnológicos y sociales: la generación de energía eléctrica a gran escala. El matrimonio se había consumado, solo quedaba por ver los descendientes que traerían las relaciones entre electricidad y magnetismo.

El mismo año, el alemán Georg Ohm (1789-1854) descubrió relaciones matemáticas entre la resistencia de elementos de un circuito, la diferencia de potencial que soportan y la intensidad de corriente que los atraviesa. La ley de Ohm vio la luz y aparecieron dos mundos paralelos que pronto se conectaron: la generación de electricidad y su uso en circuitos. Lo que quedaba por delante ya lo conoces: la gran lucha por las patentes, monopolios, empresas eléctricas de todo tipo, Edison, Westinghouse, Tesla, etc. No sabríamos vivir sin los hijos y nietos del matrimonio de la electricidad y el magnetismo: altavoces, radios, micrófonos, teles, dinamos, timbres, motores, hornos microondas... Cada momento de nuestra vida está hoy relacionado con aquel experimento de hace doscientos años que marcó la forma en la que vivimos hoy.

El descubrimiento del electromagnetismo marcó el inicio de una carrera hacia el uso doméstico y generalizado de la electricidad que desembocó en la conocida guerra de las corrientes entre Thomas Edison y Nikola Tesla. De los científicos a los ingenieros, de la dinamo a los alternadores, de la corriente continua a la alterna. Un cambio gradual que, con un fuerte carácter mediático y propagandístico, otorgó el premio final a George Westinghouse –con el generador de corriente alterna de Tesla– frente a Edison –corriente continua–. Estos son los hitos más importantes que llevaron la electricidad desde el laboratorio de Oersted al enchufe de nuestras casas.

1831. Disco de Faraday. Primer generador eléctrico (corriente continua). Propone el término dinamo. En el giro de las bobinas aparece el problema de que la corriente va cambiando de polaridad cada 180 grados (corriente alterna).

1832. Hippolyte Pixii mejora el diseño mediante un conmutador que convierte la corriente alterna en continua.

1844. Woolrich Electrical Generator aplica el primer uso industrial de la dinamo.

1867. Primeros diseños prácticos de la dinamo, de Charles Wheatstone y Werner von Siemens –de forma independiente–.

1871. Dinamo de Gramme. Primeros generadores comerciales (mejora del belga Zénobe Gramme).

1881. París: Edison presenta su lámpara en la Exposición Internacional de Electricidad.

1882. Empieza a funcionar la primera central eléctrica comercial de la historia, la de Pearl Street (Nueva York), de Edison Illuminating Company. También es la primera planta de cogeneración: el vapor que sobra se usa para calentar los edificios colindantes. El problema es que se dan grandes pérdidas de energía con la distancia.

1886. Westinghouse funda la Westinghouse Electric, que basa su producción eléctrica en las patentes de Tesla sobre el uso de la corriente alterna. La clave: subir el voltaje para transmitir la electricidad a largas distancias y luego bajarlo en los lugares de consumo. Más eficiente y económico.

1888. El ingeniero Harold Brown fue uno de los desencadenantes de la guerra de las corrientes al relacionar la silla eléctrica con la corriente alterna. Se extiende en la población el pánico al tendido eléctrico y llega a soterrarse bajo tierra. Edison inicia una campaña contra la corriente alterna.

1892. Edison y Thomson-Houston se fusionan. Es el fin de la batalla, pues la nueva compañía trabajará con corriente alterna.