Aunque esta serie trata esencialmente sobre magnetismo y no sobre electricidad, con el fin de evitar confusiones antes parece necesario resaltar algunas diferencias esenciales entre propiedades eléctricas y magnéticas. Las primeras son mucho más populares que las segundas, gracias a la presencia cotidiana de la electricidad en el hogar y la naturaleza; rayos y truenos son manifestaciones que todos conocemos desde niños. Por lo general, a nivel popular el magnetismo no se conoce mucho más allá de las brújulas y los imanes de adorno para los refrigeradores.
Hasta 1821 se desconocía la vinculación entre magnetismo y electricidad. Ese año el profesor danés Hans Christian Oersted, al mostrar a sus discípulos como fluía una corriente por un alambre, notó que al conectarse la batería, y aparecer la corriente, la aguja de una brújula cercana se movía de forma reproducible. Obviamente, existía alguna relación desconocida entre la corriente (i) en el alambre y el imán en la aguja de la brújula. Esta relación fue estudiada después en detalle por muchos investigadores.
La corriente continua (CC) no es más que un flujo de electrones −con carga eléctrica negativa− que se mueve a lo largo de un conductor, gracias a la energía suministrada por alguna fuente externa. Por convenio, el sentido dei se toma contrario al movimiento de los electrones. Los signos en la figura representan iones metálicos de carga positiva, fijos a la red cristalina del conductor por enlaces químicos.
La explicación dada a la interacción corriente/brújula es que la primera crea un campo magnético invisible capaz de interaccionar con el imán de la brújula. Después se comprobó que las cargas eléctricas en movimiento y las corrientes siempre tienen un campo magnético asociado, que se suele representar por líneas de inducción de valor H.
Este campo se define como como una modificación del espacio que rodea a las cargas en movimiento. Cuando las cargas están en reposo, el campo asociado es otro, con propiedades que difieren notablemente del magnético; se denomina campo eléctrico.
La existencia real de los campos es aceptada por la mayoría de los científicos, aunque el tema aún es objeto de diversas interpretaciones y controversias. Las interacciones entre campos, imanes, polos magnéticos y cargas eléctricas se resumen como sigue.
| Interacción de los campos eléctricos y magnéticos en reposo | |
| Campo magnetostático | Campo electrostático |
| No interaccionan entre sí, pero sí con: | |
| Cargas en movimiento y corrientes eléctricas.Imanes. | Cargas eléctricas en reposo y en movimiento (pero no con los imanes). |
En la figura, la corriente en los enrollados de alambre (bobinas) refuerza el campo magnético en su interior y sus alrededores; ambas bobinas se comportan como imanes y se atraen. Si el sentido de la corriente se invierte en alguna de ellas, también lo hace el sentido de H, y las bobinas se repelen.
En entregas posteriores se analizará cómo se originó el concepto de campo magnético a partir del mineral magnetita, así como el desarrollo del magnetismo a lo largo de las edades media y moderna – desarrollo caracterizado por la proliferación de la pseudociencia médica – y el surgimiento de algunas aplicaciones notables en los siglos siguientes.
El disco de Faraday y las centrales eléctricas
Otro progreso importante en el desarrollo del conocimiento sobre el tema ocurrió en 1832, cuando Michael Faraday descubrió cómo producir energía eléctrica sin usar baterías. Encontró que un conductor moviéndose en un campo magnético constante puede producir energía eléctrica, y construyó el primer dinamo o generador capaz de transformar la energía mecánica en una corriente continua CC.
El teletrófono se creó en1854 al aparecer bocinas que, mediante imanes y láminas de acero, permitían transformar el sonido en corrientes eléctricas y viceversa. A partir de ese momento los hallazgos se multiplicaron y pronto aparecieron los generadores de CC movidos por turbinas, los motores de CC, la luz de arco eléctrico y el bombillo incandescente.
No mucho después apareció la corriente alterna CA, utilizada hoy día para generar la electricidad comercial por ser más eficiente que la CC. En la figura anterior también aparece un esquema muy simplificado de un generador de CA, con una sola espira de alambre conductor.
Durante la rotación, el movimiento relativo de los alambres respecto al origen de H cambia de sentido periódicamente, y también lo hace la corriente en el conductor. Según sea la sección de alambre que se acerque o se aleje al origen de H, la corriente aumenta o disminuye; es máxima cuando la espira es perpendicular a H, y se anula cuando es paralela. La frecuencia es el número de rotaciones por segundo que da la espira − y los correspondientes cambios de sentido de la corriente al realizar un ciclo completo. El cambio periódico da origen a una sensación de calambre cuando las personas tocan los extremos de los alambres.
Los grandes generadores eléctricos contemporáneos poseen muchas espiras que rotan en presencia de fuertes campos magnéticos. Las espiras se hacen girar mediante turbinas movidas por el agua proveniente de ríos o presas (hidroeléctricas), por el vapor (termoeléctricas), por el aire (eólicas), o mediante algún otro agente.
El estadounidense de origen serbio Nicola Tesla construyó los primeros generadores comerciales de CA; se instalaron en 1893 en la central experimental de las cataratas del Niágara. Junto a la corriente alterna también surgieron los motores contemporáneos de CA y otros tipos de luminarias, como las fluorescentes (lámparas de luz fría).
La revolución de las comunicaciones
Cuando una fuente alterna de energía se aplica a un circuito abierto, la oscilación de los electrones en el extremo abierto también crea campos − electromagnéticos en este caso – que se propagan en el vacío en forma de ondas invisibles. Estas ondas electromagnéticas consisten en un complejo entramado de campos eléctricos y magnéticos; se autosostienen mientras se transforman unos en otros y se alejan de la fuente a la velocidad de la luz. También se les conoce como radiación electromagnética. Una antena es un dispositivo diseñado específicamente para emitir o recibir esta radiación.
| Aquí solo se resumen algunos aspectos esenciales de la interacción entre campos eléctricos y magnéticos, tema amplio con múltiples aristas; por ejemplo, la radiación electromagnética incluye las ondas de radio y microondas, la luz visible, infrarroja, ultravioleta, los rayos X y la radiación gamma; solo difieren en la frecuencia. |
La radiación se utilizó antes que existiera la corriente alterna comercial para desarrollar la telegrafía sin hilos, introducida por el propio Tesla, el ruso Popov y el italiano Marconi entre1893 y 1896. Aún hay controversias acerca de quién fue el primero en lograrlo, pues hay diversas patentes fechadas con muy poca diferencia. Fue Marconi quien primero logró establecer una comunicación a partir de la radiación electromagnética entre Francia e Inglaterra en 1899, y entre Inglaterra y Canadá en 1902.
Más tarde llegó la radiodifusión tal como la conocemos hoy (1906), aunque las primeras emisiones comerciales no comenzaron hasta 1920. Después apareció la grabación magnética (1898), la TV rudimentaria (1926), y toda una serie de dispositivos de comunicaciones hasta llegar a los actuales celulares, con transmisión de imágenes a tiempo real. La foto anterior muestra una cámara de TV registrando los Juegos Olímpicos de Berlín de 1936; más abajo, evolución de los celulares a partir de los primeros modelos y algunas antenas modernas de comunicaciones.
La primera planta eléctrica comercial en Cuba, de corriente continua, fue instalada en 1889 por la Compañía de Electricidad de La Habana, un consorcio cubano-norteamericano. Los primeros usuarios fueron el alumbrado público, comercios y hoteles de lujo, cafés y teatros, mansiones de familias adineradas, instituciones religiosas y del gobierno, así como los tranvías en 1901.
En 1916 el alumbrado público de La Habana aún contaba con mil lámparas de arco, 260 bombillas incandescentes y 5900 mecheros de gas. No fue hasta el siglo XX, con la llegada de la corriente alterna, que la corriente eléctrica comenzó a extenderse a más viviendas y a zonas rurales.
Cuba fue pionera en radio y TV en Latinoamérica, pero la TV en color y los celulares se retrasaron en relación al resto del continente. La primera emisora de radio comercial en Cuba data de 1922. La TV en blanco y negro comenzó en 1950 (canal 4, Unión Radio TV). En marzo de 1958 surgió la TV en color con el Canal 12, que transmitía desde el Hotel Habana Hilton −hoy Habana Libre− pero solo duró unos pocos meses, hasta que se reintrodujo en 1975. Los celulares aparecieron en 1991, con un servicio muy limitado, dirigido en lo esencial a empresas extranjeras y funcionarios. A partir de la década de los 2000 los celulares se expandieron gradualmente a toda la población.
Bibliografía
Nikola Testa, el fabricante de sueños, https://www.genbeta.com/desarrollo/nikola-tesla-el-fabricante-de-suenos.
Nikola Tesla, https://es.wikipedia.org/wiki/Nikola_Tesla
FÍSICA UNIVERSITARIA CON FÍSICA MODERNA 2, SEARS Y ZEMANSKY 2016, www.pearsonenespañol.com
Física universitaria. (Libro en línea). OpenStax. https://openstax.org/details/books/university-physics-volume-2
Historia de la radio en Cuba, https://www.radiocubana.cu/historia-de-la-radio-cubana/efemerides-de-la-familia-radial/historia-de-la-radiodifusion-en-cuba/
La televisión local en Cuba, https://www.revistarazonypalabra.org/index.php/ryp/article/download/239/277/934
Radio en Cuba, https://www.ecured.cu/Radio_en_Cuba
Berlín 1936, los Juegos Olímpicos que Hitler no quería,https://www.lavanguardia.com/historiayvida/historia-contemporanea/20210801/7627008/berlin-1936-juegos-olimpicos-hitler-queria.html
Michael Faraday, http://ffden-2.phys.uaf.edu/webproj/212_spring_2019/Jason_Herning/Jason_Herning/ElectricDynamo.htm