Historia da electricidade

A historia da electricidade refírese ao estudo e uso humano da electricidade, ao descubrimento das súas leis como fenómeno físico e á invención de artefactos para o seu uso práctico.
Como tamén se denomina electricidade á rama da ciencia que estuda o fenómeno e á rama da tecnoloxía que o aplica, a historia da electricidade é a rama da historia da ciencia e da historia da tecnoloxía que se ocupa do seu rexurdimento e evolución. O fenómeno da electricidade estudouse desde a antigüidade, pero o seu estudo científico comezou nos séculos XVII e XVIII. A finais do século XIX, os enxeñeiros lograron aproveitala para uso doméstico e industrial. A rápida expansión da tecnoloxía eléctrica converteuna na columna vertebral da sociedade industrial moderna.
O fenómeno en si, fóra da súa relación co observador humano, non ten historia; considerándoa como parte da historia natural, tería tanta como o tempo, o espazo, a materia e a enerxía. Historia
Un dos seus fitos iniciais pode situarse cara ao ano 600 a. C. , cando o filósofo grego Tales de Mileto observou que fregando unha vara de ámbar cunha pel ou con la, obtíñanse pequenas cargas (efecto triboeléctrico) que atraían pequenos obxectos, e fregando moito tempo podía causar a aparición dunha faísca.
Preto da antiga cidade grega de Magnesia atopábanse as denominadas pedras de Magnesia, que incluían magnetita. Os antigos gregos observaron que os anacos deste material se atraían entre si, e tamén atraían pequenos obxectos de ferro. As palabras magneto (equivalente en galego a imán) e magnetismo derivan dese topónimo.
A electricidade evolucionou historicamente desde a simple percepción do fenómeno, ao seu tratamento científico, que non se faría sistemático ata o século xviii. Rexistráronse ao longo da Idade Antiga e Media outras observacións illadas e simples especulacións, así como intuicións médicas (uso de peixes eléctricos en enfermidades como a gota e o dor de cabeza) referidas por autores como Plinio o Vello e Scribonius Largus, ou obxectos arqueolóxicos de interpretación discutible, como a Batería de Bagdad, un obxecto atopado en Iraq en 1938, datado ao redor de 250 a. C. , que se asemella a unha cela electroquímica. Non se atoparon documentos que evidencien a súa utilización, aínda que hai outras descricións anacrónicas de dispositivos eléctricos en muros exipcios e escritos antigos. Esas especulacións e rexistros fragmentarios son o tratamento case exclusivo (coa notable excepción do uso do magnetismo para o compás) que se fixo desde a Antigüidade ata a Revolución científica do século xviii; aínda que entón pasou por ser pouco máis que un espectáculo para exhibir nos salóns. As primeiras achegas que poden entenderse como aproximacións sucesivas ao fenómeno eléctrico foron realizadas por investigadores sistemáticos como William Gilbert (magnetismo), Otto von Guericke (baleiro), Du Fay (Carga eléctrica), Pieter van Musschenbroek (botella de Leiden) ou William Watson. As observacións sometidas a método científico empezan a dar os seus froitos con Luigi Galvani, Alessandro Volta, Charles-Augustin de Coulomb ou Benjamin Franklin, proseguidas a comezos do século xix por André Marie Ampère, Michael Faraday ou Georg Ohm. Os nomes destes pioneiros terminaron bautizando as unidades hoxe utilizadas na medida das distintas magnitudes do fenómeno. A comprensión final da electricidade logrouse recentemente coa unificación do magnetismo nun único fenómeno electromagnético descrito polas ecuacións de Maxwell (1861-1865).
O telégrafo eléctrico (Samuel Morse, 1837, precedido por Gauss e Weber, 1833) pode considerarse como a primeira grande aplicación no campo das telecomunicacións, pero non será na primeira revolución industrial, senón a partir do cuarto final do século XIX cando as aplicacións económicas da electricidade converterana nunha das forzas motrices da segunda revolución industrial. Máis que de grandes teóricos como Lord Kelvin, foi o momento de enxeñeiros, como Zénobe Gramme, Nikola Tesla, Frank Sprague, George Westinghouse, Ernst Werner von Siemens, Alexander Graham Bell e sobre todo Thomas Alva Edison e o seu revolucionario xeito de entender a relación entre investigación científico-técnica e mercado capitalista. Os sucesivos cambios de paradigma da primeira metade do século xx (relativista e cuántico) estudarán a función da electricidade nunha nova dimensión: atómica e subatómica. A electrificación non só foi un proceso técnico, senón un verdadeiro cambio social de implicacións extraordinarias, comezando polo alumado e seguindo por todo tipo de procesos industriais (motor eléctrico, metalurxia, refrixeración. .. ) e de comunicacións (telefonía, radio). Lenin, durante a Revolución bolxevique, definiu o socialismo como a suma da electrificación e o poder dos soviets, pero foi sobre todo a sociedade de consumo que naceu nos países capitalistas, a que dependeu en maior medida da utilización doméstica da electricidade nos electrodomésticos, e foi nestes países onde a retroalimentación entre ciencia, tecnoloxía e sociedade desenvolveu as complexas estruturas que permitiron os actuais sistemas de I+D e I + D + i, na que a iniciativa pública e privada se compenetran, e as figuras individuais dilúense nos equipos de investigación.
A enerxía eléctrica é esencial para a sociedade da información da terceira revolución industrial que vén producindo desde a segunda metade do século XX (transistor, televisión, computación, robótica, Internet. .. ). Unicamente pode comparárselle en importancia a motorización dependente do petróleo (que tamén é amplamente utilizado, como os demais combustibles fósiles, na xeración de electricidade). Ambos os procesos esixiron cantidades cada vez maiores de enerxía, o que está na orixe da crise enerxética e ambiental e da procura de novas fontes de enerxía, a maioría con inmediata utilización eléctrica (enerxía nuclear e enerxías alternativas, dadas as limitacións da tradicional hidroelectricidade). Os problemas que ten a electricidade para o seu almacenamento e transporte a longas distancias, e para a autonomía dos aparellos móbiles, son retos técnicos aínda non resoltos de forma suficientemente eficaz.
O impacto cultural do que Marshall McLuhan denominou Idade da Electricidade, que seguiría á Idade da Mecanización (por comparación a como a Idade dos Metais seguiu á Idade de Pedra), radica na altísima velocidade de propagación da radiación electromagnética (300. 000 km/s) que fai que se perciba de forma case instantánea. Este feito leva posibilidades antes inimaxinables, como a simultaneidade e a división de cada proceso nunha secuencia. Impúxose un cambio cultural que proviña do enfoque en "segmentos especializados de atención" (a adopción dunha perspectiva particular) e a idea da "conciencia sensitiva instantánea da totalidade", unha atención ao "campo total", un "sentido da estrutura total". Fíxose evidente e prevalente o sentido de "forma e función como unha unidade", unha "idea integral da estrutura e configuración". Estas novas concepcións mentais tiveron grande impacto en todo tipo de ámbitos científicos, educativos e ata artísticos (por exemplo, o cubismo). No ámbito do espacial e político, "a electricidade non centraliza, senón que descentraliza. .. mentres que o ferrocarril require un espazo político uniforme, o avión e a radio permiten a maior descontinuidade e diversidade na organización espacial". Século XVII
A Revolución científica que viña producíndose desde Copérnico na astronomía e Galileo na física non vai atopar aplicacións moi temperás ao campo da electricidade, limitándose a actividade dos poucos autores que tratan sobre ela á recompilación baconiana (polo filósofo Francis Bacon) de datos experimentais, que polo momento non alcanzan a inducir modelos explicativos tamén na era da electricidade producíronse grandes cambios importantes.
William Gilbert: materiais eléctricos e materiais aneléctricos (1600)
O científico inglés William Gilbert (1544-1603) publicou o seu libro De Magnete, onde utiliza a palabra latina electricus, derivada do grego elektron, que significa ámbar, para describir os fenómenos descubertos polos gregos. Previamente, o italiano Gerolamo Cardano (1501-1576) había xa distinguido, quizais por primeira vez, entre as forzas magnéticas e as eléctricas (De Subtilitate 1550). Gilbert estableceu as diferenzas entre ambos os fenómenos por mor de que a raíña Isabel I de Inglaterra ordenaralle estudar os imáns para mellorar a exactitude dos compases usados na navegación, conseguindo con este traballo a base principal para a definición dos fundamentos da electrostática e magnetismo. A través das súas experiencias clasificou os materiais en eléctricos (condutores) e aneléctricos (illantes) e ideou o primeiro electroscopio. Descubriu a imantación por influencia, e observou que a imantación do ferro pérdese cando se quenta o lume. Estudou a inclinación dunha agulla magnética concluíndo que a Terra compórtase como un grande imán. Deu nome o Gilbert que é a unidade de medida da forza magnetomotriz.
Otto von Guericke: as cargas eléctricas (1660)
As investigacións de Gilbert foron continuadas polo físico alemán Otto von Guericke (1602-1686). Nas investigacións que realizou sobre electrostática observou que se producía unha repulsión entre corpos electrizados logo de ser atraídos. Ideou a primeira máquina electrostática e sacou faíscas dun globo feito de xofre, o cal levoulle a especular sobre a natureza eléctrica dos lóstregos. Foi a primeira persoa que estudou a luminiscencia. Século XVIII: a Revolución industrial
A crise da conciencia europea renova o panorama intelectual de finais do século XVII a principios do século XVIII e abre as portas ao chamado Século das luces ou da Ilustración. Institucións científicas de novo cuño, como a Royal Academy inglesa, e o espírito crítico que os enciclopedistas franceses (Encyclopédie) estenden por todo o continente, conviven co inicio da Revolución industrial. No entanto, a retroalimentación entre ciencia, tecnoloxía e sociedade, aínda non se produciu. Á parte do pararraios, ningunha das innovacións técnicas do século tivo que ver coas investigacións científicas sobre a electricidade, feito que non é exclusivo deste campo: a mesma máquina de vapor precedeu en cen anos á definición da termodinámica por Sadi Carnot.
Stephen Gray: os efluvios (1729)
O físico inglés Stephen Gray (1666-1736) estudou principalmente a condutividade eléctrica dos corpos e, logo de moitos experimentos, foi o primeiro en 1729 en transmitir electricidade a través dun condutor. Nos seus experimentos descubriu que para que a electricidade, ou os "efluvios" ou "virtude eléctrica", como el a chamou, puidese circular polo condutor, este tiña que estar illado da terra. Posteriormente estudou outras formas de transmisión e, xunto cos científicos G. Wheler e J. Godfrey, clasificou os materiais en condutores e illantes da electricidade.
Charles François de Cisternay du Fay: carga vítrea e carga resinosa (1733)
O científico francés Charles François de Cisternay du Fay (1698-1739) ao decatarse dos traballos de Stephen Gray, dedicou a súa vida ao estudo dos fenómenos eléctricos. Du Fay, entre outros moitos experimentos, observou que unha lámina de ouro sempre era repelida por unha barra de vidro electrificada. Publicou os seus traballos en 1733 sendo o primeiro en identificar a existencia de dous tipos de cargas eléctricas (denominadas hoxe en día positiva e negativa), que el denominou carga vítrea e carga resinosa, debido a que ambas se manifestaban dunha forma ao fregar, cun pano de seda, o vidro (carga positiva) e de forma distinta ao fregar, cunha pel, algunhas substancias resinosas como o ámbar ou a goma (carga negativa).
Pieter van Musschenbroek: a botella de Leiden (1745)
O físico holandés Pieter van Musschenbroek (1692-1761), que traballaba na Universidade de Leiden, efectuou unha experiencia para comprobar se unha botella chea de auga podía conservar cargas eléctricas. Esta botella consistía nun recipiente cun tapón ao cal atravésaselle unha variña metálica mergullada no líquido. A variña ten unha forma de gancho na parte superior ao cal achégaselle un condutor cargado electricamente. Durante a experiencia un asistente separou o condutor e recibiu unha forte descarga ao aproximar a súa man á variña, debida á electricidade estática que se almacenou na botella. Deste xeito foi descuberta a botella de Leiden e a base dos actuais capacitores ou condensadores eléctricos.
William Watson: a corrente eléctrica (1747)
Sir William Watson (1715-1787), médico e físico inglés, estudou os fenómenos eléctricos. Realizou reformas na botella de Leiden engadíndolle unha cobertura de metal, descubrindo que desta forma incrementábase a descarga eléctrica. En 1747 demostrou que unha descarga de electricidade estática é unha corrente eléctrica. Foi o primeiro en estudar a propagación de correntes en gases enrarecidos.
Benjamin Franklin: o pararraios (1752)
1752 O polifacético estadounidense Benjamin Franklin (1706-1790) investigou os fenómenos eléctricos naturais. É particularmente famoso o seu experimento no que, facendo voar un papaventos durante unha tormenta, demostrou que os raios eran descargas eléctricas de tipo electrostático. Como consecuencia destas experimentacións inventou o pararraios. Tamén formulou unha teoría segundo a cal a electricidade era un fluído único existente en toda materia e cualificou ás substancias en electricamente positivas e negativas, de acordo co exceso ou defecto dese fluído.
Charles-Augustin de Coulomb: forza entre dúas cargas (1777)
O físico e enxeñeiro francés Charles-Augustin de Coulomb (1736 - 1806) foi o primeiro en establecer as leis cuantitativas da electrostática, ademais de realizar moitas investigacións sobre magnetismo, rozamento e electricidade. As súas investigacións científicas están recollidas en sete memorias, nas que expón teoricamente os fundamentos do magnetismo e da electrostática. En 1777 inventou a balanza de torsión para medir a forza de atracción ou repulsión que exercen entre si dúas cargas eléctricas e estableceu a función que liga esta forza coa distancia. Con este invento, culminado en 1785, Coulomb puido establecer a expresión da forza entre dúas cargas eléctricas q e Q en función da distancia que as separa, actualmente coñecida como Lei de Coulomb: F k (q Q) / d². Coulomb tamén estudou a electrización por frotamento e a polarización e introduciu o concepto de momento magnético. O Coulomb (símbolo C), é a unidade do Sistema Internacional de Unidades para a medida da cantidade de carga eléctrica.
Luigi Galvani: o impulso nervioso (1780)
O médico e físico italiano Luigi Galvani (1737-1798) fíxose famoso polas súas investigacións sobre os efectos da electricidade nos músculos dos animais. Mentres disecaba unha ra achou accidentalmente que as súas patas contraíanse ao tocalas cun obxecto cargado de electricidade. Por iso considéraselle o iniciador dos estudos do papel que desempeña a electricidade no funcionamento dos organismos animais. Das súas discusións con outro gran científico italiano da súa época, Alessandro Volta, sobre a natureza dos fenómenos observados, xurdiu a construción da primeira pila, o aparello para producir corrente eléctrica continua, chamado pila de Volta. O nome de Luigi Galvani segue hoxe asociado coa electricidade a través de termos como galvanismo e galvanización. Os seus estudos preludiaron unha ciencia que xurdiría moito despois: a neurofisioloxía, estudo do funcionamento do sistema nervioso na que se basea a neuroloxía.
Alessandro Volta: a pila de Volta (1800)
O físico italiano Alessandro Volta (1745-1827) inventa a pila, precursora da batería eléctrica. Cun apilamento de discos de cinc e cobre, separados por discos de cartón humedecidos cun electrólito, e unidos nos seus extremos por un circuíto exterior, Volta logrou, por primeira vez, producir corrente eléctrica continua a vontade. Dedicou a maior parte da súa vida ao estudo dos fenómenos eléctricos, inventou o electrómetro e o eudiómetro e escribiu numerosos tratados científicos. Polo seu traballo no campo da electricidade, Napoleón nomeouno conde en 1801. A unidade de tensión eléctrica ou forza electromotriz, o Volt (símbolo V), galeguizado como Voltio, recibiu ese nome na súa honra. Principios do século XIX: o tempo dos teóricos
O propósito da ciencia optimista xurdida da Ilustración era a comprensión total da realidade. No ámbito da electricidade a clave sería describir estas forzas a distancia como nas ecuacións da mecánica newtoniana. Pero a realidade era moito máis complexa como para dar fácil cumprimento a este programa. A capacidade de desviar agullas imantadas, descuberta por Oersted (1820), e a indución electromagnética descuberta por Faraday (1821), acabaron por interrelacionar a electricidade co magnetismo e os movementos mecánicos. A teoría completa do campo electromagnético tivo que esperar a Maxwell, e ata entón (1864), ao comprobarse que unha das constantes que aparecían na súa teoría tiña o mesmo valor que a velocidade da luz, apuntouse a necesidade de englobar tamén a óptica no electromagnetismo.
O romanticismo, co seu gusto polo tétrico e a súa desconfianza na razón, engadiu un lado escuro á consideración da electricidade, que excitaba a imaxinación da forma máis morbosa: o dominio humano de tal forza da natureza poríalle ao nivel creador que ata entón só imaxinaba ao alcance de seres divinos? Con cadáveres e electricidade Mary Shelley compuxo a trama de Frankenstein ou o moderno Prometeo (1818), novela precursora tanto do xénero de terror como da ciencia ficción.
Humphry Davy: a electrólise (1807) e o arco eléctrico (1808)
1807 Sir Humphry Davy (1778-1829). Químico británico. Considéraselle o fundador da electroquímica, xunto con Volta e Faraday. Davy contribuíu a identificar experimentalmente por primeira vez varios elementos químicos mediante a electrólise e estudou a enerxía involucrada no proceso. Entre 1806 e 1808 publica o resultado das súas investigacións sobre a electrólise, onde logra a separación do magnesio, bario, estroncio, calcio, sodio, potasio e boro. En 1807 fabrica unha pila con máis de 2. 000 placas dobres coa que descobre o cloro e demostra que se trata dun elemento químico, dándolle ese nome debido á súa cor amarela verdoso. Xunto a W. T. Brande consegue illar o litio das súas sales mediante electrólises do óxido de litio (1818). Foi xefe e mentor de Michael Faraday. Creou ademais unha lámpada de seguridade para as minas que leva o seu nome (1815) e foi pioneiro no control da corrosión mediante a protección catódica. En 1805 foille concedida a Medalla Copley.
Hans Christian Ørsted: o electromagnetismo (1819)
O físico e químico danés Hans Christian Ørsted (1777-1851) foi un grande estudoso do electromagnetismo. En 1813 predixo a existencia dos fenómenos electromagnéticos e en 1819 logrou demostrar a súa teoría empiricamente ao descubrir, xunto con Ampère, que unha agulla imantada desvíase ao ser colocada en dirección perpendicular a un condutor polo que circula unha corrente eléctrica. Este descubrimento foi crucial no desenvolvemento da electricidade, xa que puxo en evidencia a relación existente entre a electricidade e o magnetismo. En homenaxe ás súas contribucións denominouse Oersted (símbolo Oe) á unidade de intensidade de campo magnético no sistema Gauss. Crese que tamén foi o primeiro en illar o aluminio, por electrólise, en 1825. En 1844 publicou o seu Manual de Física Mecánica.
Thomas Johann Seebeck: a termoelectricidade (1821)
O médico e investigador físico natural de Estonia, Thomas Johann Seebeck (1770-1831) descubriu o efecto termoeléctrico. En 1806 descubriu tamén os efectos de radiación visible e invisible sobre substancias químicas como o cloruro de prata. En 1808, obtivo a primeira combinación química de amoníaco con óxido mercúrico. A principios de 1820, Seebeck realizou variados experimentos na procura dunha relación entre a electricidade e calor. En 1821, soldando dous arames de metais diferentes (cobre e bismuto) nun lazo, descubriu accidentalmente que ao quentar un a alta temperatura e mentres o outro se mantiña a baixa temperatura, producíase un campo magnético. Seebeck non creu, ou non divulgou que unha corrente eléctrica era xerada cando a calor aplicábase á soldadura dos dous metais. En cambio, utilizou o termo termomagnetismo para referirse ao seu descubrimento. Actualmente coñécese como efecto Peltier-Seebeck ou efecto termoeléctrico e é a base do funcionamento dos termopares.
André-Marie Ampère: o solenoide (1822)
O físico e matemático francés André-Marie Ampère (1775-1836) está considerado como un dos descubridores do electromagnetismo. É coñecido polas súas importantes achegas ao estudo da corrente eléctrica e o magnetismo que constituíron, xunto cos traballos do danés Hans Christian Ørsted, o desenvolvemento do electromagnetismo. As súas teorías e interpretacións sobre a relación entre electricidade e magnetismo publicáronse en 1822, na súa Colección de observacións sobre electrodinámica e en 1826, na súa Teoría dos fenómenos electrodinámicos. Ampère descubriu as leis que determinan o desvío dunha agulla magnética por unha corrente eléctrica, o que fixo posible o funcionamento dos actuais aparellos de medida. Descubriu as accións mutuas entre correntes eléctricas, ao demostrar que dous condutores paralelos polos que circula unha corrente no mesmo sentido, atráense, mentres que se os sentidos da corrente son opostos, repélense. A unidade de intensidade de corrente eléctrica, o Ampère (símbolo A), galeguizada como Amperio, recibe este nome na súa honra.
William Sturgeon: o electroimán (1825), o conmutador (1832) e o galvanómetro (1836)
O físico británico William Sturgeon (1783-1850) inventou en 1825 o primeiro electroimán. Era un anaco de ferro con forma de ferradura envolvido por unha bobina enrolada sobre el mesmo. Sturgeon demostrou a súa potencia levantando 4 kg cun anaco de ferro de 200 g envolvido en cables polos que fixo circular a corrente dunha batería. Sturgeon podía regular o seu electroimán, o que supuxo o principio do uso da enerxía eléctrica en máquinas útiles e controlables, establecendo os cimentos para as comunicacións electrónicas a grande escala. Este dispositivo conduciu á invención do telégrafo, o motor eléctrico e moitos outros dispositivos que foron base da tecnoloxía moderna. En 1832 inventou o conmutador para motores eléctricos e en 1836 inventou o primeiro galvanómetro de bobina xiratoria.
Georg Simon Ohm: a lei de Ohm (1827)
Georg Simon Ohm (1789-1854) foi un físico e matemático alemán que estudou a relación entre a voltaxe V aplicado a unha resistencia R e a intensidade de corrente I que circula por ela. En 1827 formulou a lei que leva o seu nome (a lei de Ohm), cuxa expresión matemática é: V I
R {\displaystyle {\frac {V}{I}}
R} Tamén se interesou pola acústica, a polarización das pilas e as interferencias luminosas. Na súa honra bautizouse á unidade de resistencia eléctrica co nome de Ohm (símbolo Ω), galeguizado a Ohmio.
Joseph Henry: indución electromagnética (1830)
O estadounidense Joseph Henry (1797-1878) foi un físico que investigou o electromagnetismo e as súas aplicacións en electroimáns e relés. Descubriu a indución electromagnética, simultánea e independentemente de Michael Faraday, cando observou que un campo magnético variable pode inducir unha forza electromotriz nun circuíto pechado. Na súa versión máis simple, o experimento de Henry consiste en desprazar un segmento de condutor perpendicularmente a un campo magnético, o que produce unha diferenza de potencial entre os seus extremos. Esta forza electromotriz inducida explícase pola forza de Lorentz que exerce o campo magnético sobre os electróns libres do condutor. Na súa honra denominouse Henry (símbolo H) á unidade de indutancia, galeguizada como Henrio.
Johann Carl Friedrich Gauss: Teorema de Gauss da electrostática
1832-1835. O matemático, astrónomo e físico alemán Carl Friedrich Gauss (1777-1855), fixo importantes contribucións en campos como a teoría de números, a análise matemática, a xeometría diferencial, a xeodesia, a electricidade, o magnetismo e a óptica. Considerado un dos matemáticos de maior e máis duradeira influencia, contouse entre os primeiros en estender o concepto de divisibilidad a conxuntos diferentes dos numéricos. En 1831 asociouse ao físico Wilhelm Weber durante seis frutíferos anos durante os cales investigaron importantes problemas como as Leis de Kirchoff e do magnetismo, construíndo un primitivo telégrafo eléctrico. A súa contribución máis importante á electricidade é a denominada Lei de Gauss, que relaciona a carga eléctrica q contida nun volume V co fluxo do campo eléctrico E → {\displaystyle {\vec {E}}} sobre a pechada superficie S que encerra o volume V, cuxa expresión matemática é: ∮ S E → ⋅ d A →
q ϵ o {\displaystyle \oint _{S}{\vec {E}}\cdot d{\vec {A}}
{\frac {q}{\epsilon _{o}}}}. Na súa honra deuse o nome de Gauss (símbolo G) á unidade de intensidade de campo magnético do Sistema Cegesimal de Unidades (CGS). A súa relación coa correspondente unidade do Sistema Internacional de Unidades (SI), o Tesla (símbolo T), é 1 G 10−4 T.
Michael Faraday: indución (1831), xerador (1831-1832), leis e gaiola de Faraday
O físico e químico inglés Michael Faraday (1791-1867), discípulo de Humphry Davy, é coñecido principalmente polo seu descubrimento da indución electromagnética, que permitiu a construción de xeradores e motores eléctricos, e das leis da electrólise polo que é considerado como o verdadeiro fundador do electromagnetismo e da electroquímica. En 1831 trazou o campo magnético ao redor dun condutor polo que circula unha corrente eléctrica, xa descuberto por Oersted, e ese mesmo ano descubriu a indución electromagnética, demostrou a indución dunha corrente eléctrica por outra, e introduciu o concepto de liñas de forza para representar os campos magnéticos. Durante este mesmo período, investigou sobre a electrólise e descubriu as dúas leis fundamentais que levan o seu nome: 1ª). A masa de substancia liberada nunha electrólise é directamente proporcional á cantidade de electricidade que pasou a través do electrólito [masa
equivalente electroquímico, pola intensidade e polo tempo (m
c I t)]; 2ª) As masas de distintas substancia liberadas pola mesma cantidade de electricidade son directamente proporcionais aos seus pesos equivalentes. Coas súas investigacións deuse un paso fundamental no desenvolvemento da electricidade ao establecer que o magnetismo produce electricidade a través do movemento. Na súa honra denominouse Farad (símbolo F), galeguizado como Faradio, á unidade de capacidade do SI de unidades. O Faradio defínese como a capacidade dun condensador tal que cando a súa carga é un Culombio (C), adquire unha diferenza de potencial electrostático dun voltio.
Heinrich Friedrich Lenz: lei de Lenz (1834)
O físico estoniano Heinrich Friedrich Lenz (1804-1865) formulou en 1834 a lei da oposición das correntes inducidas, coñecida como Lei de Lenz, cuxo enunciado é o seguinte: O sentido das correntes, ou forza electromotriz inducida, é tal que sempre se opón á variación do fluxo que a produce. Tamén realizou investigacións significativas sobre a condutividade dos corpos, en relación coa súa temperatura, descubrindo en 1843 a relación entre ambas; o que logo foi ampliado e desenvolvido por James Prescott Joule, polo que pasaría a chamarse Lei de Joule.
Jean Peltier: efecto Peltier (1834), indución electrostática (1840)
O físico francés e reloxeiro de profesión Jean Peltier (1785-1845) descubriu en 1834 que cando circula unha corrente eléctrica por un condutor formado por dous metais distintos, unidos por unha soldadura, esta quéntase ou arrefríase segundo o sentido da corrente (efecto Peltier). Devandito efecto revestiu grande importancia no desenvolvemento recente de mecanismos de refrixeración non contaminantes. A Peltier débeselle tamén a introdución do concepto de indución electrostática en 1840, referido á modificación da distribución da carga eléctrica nun material, baixo a influencia dun segundo obxecto próximo a el e que teña unha carga eléctrica.
Samuel Morse: telégrafo (1833-1837)
O inventor estadounidense Samuel Finley Breese Morse (1791-1872) é principalmente coñecido pola invención do telégrafo eléctrico e a invención do código Morse. O seu interese polos asuntos da electricidade concretouse durante o regreso dunha viaxe por Europa. Cando estudaba en Yale aprendeu que se se interrompía un circuíto víase un fulgor e ocorréuselle que esas interrupcións podían chegar a usarse como un medio de comunicación. Ao desembarcar daquela viaxe en 1832, xa deseñara un incipiente telégrafo e comezaba a desenvolver a idea dun sistema telegráfico de arames cun electromagneto incorporado. O 6 de xaneiro de 1833, Morse realizou a súa primeira demostración pública co seu telégrafo mecánico óptico e efectuou con éxito as primeiras probas en febreiro de 1837 nun concurso convocado polo Congreso dos Estados Unidos. Tamén inventou un alfabeto, que representa as letras e números cunha serie de puntos e raias, coñecido hoxe en día como código Morse, para poder utilizar o seu telégrafo. No ano 1843, o Congreso dos Estados Unidos asignoulle 30. 000 dólares para que construíse a primeira liña de telégrafo entre Washington e Baltimore, en colaboración con Joseph Henry. O 24 de maio de 1844 Morse enviou o seu famoso primeira mensaxe: «Que nos trouxo Deus? ». Foi obxecto de moitas honras e nos seus últimos anos dedicouse a experimentar coa telegrafía submarina por cable.
Ernst Werner M. von Siemens: Locomotora eléctrica (1879)
O enxeñeiro alemán, Ernst Werner von Siemens (1816-1892) construíu en 1847 un novo tipo de telégrafo, pondo así a primeira pedra na construción da empresa Siemens AG xunto a Johann Georg Halske. En 1841 desenvolveu un proceso de galvanización, en 1846 un telégrafo de agulla e presión e un sistema de illamento de cables eléctricos mediante gutapercha, o que permitiu, na práctica, a construción e tendido de cables submarinos. Foi un dos pioneiros das grandes liñas telegráficas transoceánicas, responsable da liña Irlanda-EE. UU (comezada en 1874 a bordo do buque Faraday) e Gran Bretaña-India (1870). Aínda que probablemente non foi o inventor da dínamo, perfeccionouna ata facela confiable e a base da xeración da corrente alterna nas primeiras grandes centrais eléctricas. Foi pioneiro noutras invencións, como o telégrafo con punteiro/teclado para facer transparente ao usuario o código Morse ou a primeira locomotora eléctrica, presentada pola súa empresa en 1879. Dentro dos seus moitos inventos e descubrimentos eléctricos destacan a dinamo e o uso da gutapercha, substancia plástica extraída do látex, usada como illador eléctrico no recubrimento de cables condutores. En homenaxe ás súas contribucións no SI denomínase siemens (símbolo S) á unidade de condutancia eléctrica (inversa da resistencia), previamente chamada mho.
Charles Wheatstone: ponte de Wheatstone (1843)
O físico e inventor inglés Charles Wheatstone (1802-1875) é especialmente coñecido por ser o primeiro en aplicar o circuíto eléctrico que leva o seu nome (ponte de Wheatstone) para medir resistencias eléctricas. En realidade fora deseñado previamente por Samuel Hunter Christie en 1832, co que o papel de Wheatstone foi a mellora e popularización, a partir de 1843. Utilízase para medir resistencias descoñecidas mediante o equilibrio dos brazos dunha ponte en H formado por catro resistencias, unha das cales é a resistencia a medir. Wheatstone foi un autodidacta que chegou a converterse en profesor de filosofía experimental da Universidade de Londres, en 1834. En colaboración co enxeñeiro William Fothergill Cooke, patentou en 1837 o primeiro telégrafo eléctrico británico, simultaneamente co inventado por Morse. Charles Wheatstone inventou tamén un instrumento óptico para a fotografía en tres dimensións (estereoscopio), un telégrafo automático e un péndulo electromagnético.
James Prescott Joule: relacións entre electricidade, calor e traballo (1840-1843)
James Prescott Joule (1818-1889), físico inglés, é coñecido polos seus estudos sobre a enerxía e as súas aplicacións técnicas. A súa principal contribución á electricidade é a cuantificación da xeración de calor producida por unha corrente eléctrica que atravesa unha resistencia, lei que leva o seu nome (Lei de Joule): Todo corpo condutor percorrido por unha corrente eléctrica, desprende unha cantidade de calor equivalente ao traballo realizado polo campo eléctrico para transportar as cargas dun extremo a outro do condutor durante ese tempo, formulada como: Q
0, 24 ⋅ R ⋅ I 2 ⋅ t {\displaystyle \displaystyle Q
0, 24\cdot R\cdot I^{2}\cdot t}. Tamén descubriu a equivalencia entre o traballo mecánico e a cantidade de calor (cuxa unidade histórica é a caloría). Xunto co seu compatriota, o físico William Thomson (coñecido posteriormente como lord Kelvin), Joule descubriu que a temperatura dun gas descende cando se expande sen realizar traballo. Este fenómeno, que se coñece como efecto Joule-Thomson, é o principio construtivo dos refrixeradores. Ao redor de 1841, xunto co científico alemán Hermann von Helmholtz, demostrou que a electricidade é unha forma de enerxía e que os circuítos eléctricos cumpren a lei da conservación da enerxía. O joule (símbolo J), é a unidade do Sistema Internacional para a enerxía e o traballo mecánico. Defínese como o traballo realizado por unha forza de 1 newton cando se despraza paralelamente a si mesma nun 1 metro.
Gustav Robert Kirchhoff: leis de Kirchhoff (1845)
As principais contribucións á ciencia do físico alemán Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887), estiveron no campo dos circuítos eléctricos, a teoría de placas, a óptica, a espectroscopia e a emisión de radiación de corpo negro. Kirchhoff propuxo o nome de radiación de corpo negro en 1862. É responsable de dous conxuntos de leis fundamentais na teoría clásica de circuítos eléctricos e na emisión térmica. Aínda que ambas se denominan Leis de Kirchoff, probablemente esta denominación é máis común no caso das Leis de Kirchoff da enxeñería eléctrica. Estas leis permiten calcular a distribución de correntes e tensións nas redes eléctricas con derivacións e establecen o seguinte: 1ª) A suma alxébrica das intensidades que concorren nun punto é igual a cero. 2ª) A suma alxébrica dos produtos parciais de intensidade por resistencia, nunha malla, é igual á suma alxébrica das forzas electromotrices nela existentes, cando a intensidade de corrente é constante. Xunto cos químicos alemáns Robert Wilhelm Bunsen e Joseph von Fraunhofer, foi dos primeiros en desenvolver as bases teóricas e experimentais da espectroscopia, desenvolvendo o espectroscopio moderno para a análise química. En 1860 Kirchhoff e Bunsen descubriron o cesio e o rubidio mediante a espectroscopia. Kirchhoff tamén estudou o espectro solar e realizou importantes investigacións sobre a transferencia de calor.
William Thomson (Lord Kelvin): relación entre os efectos Seebeck e Peltier (1851), cable flexible (1858)
O matemático inglés William Thomson (Lord Kelvin) (1824-1907), realizou moitos traballos de investigación física, por exemplo, a análise teórica sobre transmisión por cable, que fixo posible o desenvolvemento do cable transatlántico. En 1851 definiu a Segunda Lei da Termodinámica. En 1858 inventou o cable flexible. Kelvin destacou polos seus importantes traballos no campo da termodinámica e a electrónica grazas aos seus profundos coñecementos de análise matemática. É un dos científicos que máis fixo por levar á física á súa forma moderna. É especialmente famoso por desenvolver a escala de temperatura Kelvin. Tamén descubriu en 1851 o chamado efecto Thomson, polo que logrou demostrar que o efecto Seebeck e o efecto Peltier están relacionados. Así, un material sometido a un gradiente térmico e percorrido por unha intensidade intercambia calor co medio exterior. Reciprocamente, unha corrente eléctrica é xerada polo material sometido a un gradiente térmico e percorrido por un fluxo de calor. A diferenza fundamental entre os efectos Seebeck e Peltier con respecto ao efecto Thomson é que este último existe para un só material e non necesita a existencia dunha soldadura. Recibiu o título de barón Kelvin en honra aos logros alcanzados ao longo da súa carreira. O Kelvin é a unidade de medida de temperatura absoluta.
Heinrich Daniel Ruhmkorff: a bobina de Ruhmkorff xera faíscas de alta voltaxe (1851)
O físico alemán Heinrich Daniel Ruhmkorff ou Rühmkorff (1803-1877) dedicouse principalmente á construción de aparellos e instrumentos eléctricos de gran calidade e precisión. Ideou en 1851 a bobina de indución ou bobina de Ruhmkorff, popular instrumento do século XIX. De invención anterior á dos transformadores de corrente alterna, é un verdadeiro transformador polimorfo e elevador no que se obtén, a partir dunha corrente primaria continua e de pouca forza electromotriz fornecida por unha pila ou batería, outra de alta tensión e alterna. As elevadas diferenzas de potencial producidas podían ser aplicadas sobre os extremos dun tubo de Crookes para provocar a emisión duns raios que, polo seu carácter descoñecido, foron denominados raios X e que empezaron a ser empregados para realizar fotografías a través dos corpos opacos. Estas bobinas foron as precursoras das que se instalan nos automóbiles para elevar a tensión na buxía dos motores de gasolina para realizar o aceso da mestura de combustible.
Léon Foucault: correntes de Foucault (1851)
O físico francés Jean Bernard Léon Foucault (1819-1868) inventou o xiroscopio, demostrou a rotación da terra mediante un péndulo creado por el e mediu a velocidade da luz mediante espellos xiratorios. No campo da electricidade, dedicouse ao estudo do electromagnetismo e descubriu as correntes que levan o seu nome. En setembro de 1855 descubriu que a forza requirida para a rotación dun disco de cobre aumenta cando se fai rotar entre os polos dun imán. Ao mesmo tempo o disco comeza a quentarse polas correntes (chamadas "de Foucault") inducidas no metal.
Zénobe-Théophile Gramme: a primeira dínamo (1870)
O científico belga Zénobe-Théophile Gramme (1826-1901) construíu a primeira máquina de corrente continua denominada dínamo que foi un punto de partida da nova industria eléctrica. Unha dínamo é unha máquina destinada á transformación de enerxía mecánica en eléctrica mediante o fenómeno da indución electromagnética. A corrente xerada é producida cando o campo magnético creado por un imán ou un electroimán fixo (indutor) atravesa unha bobina rotatoria (inducido) colocada no seu seo. A corrente inducida nesta bobina xiratoria, en principio alterna é transformada en continua mediante a acción dun conmutador xiratorio, solidario co inducido, denominado colector, constituído por uns eléctrodos denominados delgas. De aquí é conducida ao exterior mediante outros contactos fixos chamadas vasoiriñas que fan contacto por frotamento coas delgas do colector. A dínamo foi o primeiro xerador eléctrico apto para uso industrial. Zénobe Gramme perfeccionou os inventos dos dínamos que existían e reinventou o deseño ao proxectar os primeiros xeradores comerciais a grande escala, que operaban en París ao redor de 1870. O seu deseño coñécese como a dínamo de Gramme.
Johann Wilhelm Hittorf: o primeiro tubo de raios catódicos (1872)
O catedrático de física e química alemán Johann Wilhelm Hittorf (1824-1914) contribuíu poderosamente ao desenvolvemento da electroquímica con innumerables inventos. Por un dos seus traballos (tubo de Hittorf, 1872) é considerado precursor do tubo de Crookes co que William Crookes deduciu a existencia dos raios catódicos (1878). Estudou tamén as variacións do espectro ao variar a atmosfera. Determinou a íntima dependencia entre a condutividade eléctrica e a acción química e a división dos sales complexos pola vía da corrente. Estudou a alotropía do selenio e do fósforo, describiu o comportamento electroquímico do cromo e rexistrou a velocidade de emigración dos ións sometidos á acción da corrente eléctrica. É autor de Über die Wanderung der Ionen während der Elektrolyse (Sobre a migración dos ións na electrólise (en galego)).
James Clerk Maxwell: as catro ecuacións de Maxwell (1875)
O físico e matemático escocés James Clerk Maxwell (1831-1879) é coñecido principalmente por desenvolver un conxunto de ecuacións que expresan as leis fundamentais da electricidade e o magnetismo así como pola estatística de Maxwell-Boltzmann na teoría cinética de gases. Tamén se dedicou á investigación da visión das cores e os principios da termodinámica. Formulou teoricamente que os aneis de Saturno estaban formados por materia disgregada. Maxwell ampliou as investigacións que Michael Faraday realizara sobre os campos electromagnéticos, formulando a relación matemática entre os campos eléctricos e magnéticos por medio de catro ecuacións diferenciais (chamadas hoxe "as ecuacións de Maxwell") que relacionan o campo eléctrico e o magnético para unha distribución espacial de cargas e correntes. Tamén demostrou que a natureza dos fenómenos luminosos e electromagnéticos era a mesma e que ambos se propagan á velocidade da luz. A súa obra máis importante é o Treatise on Electricity and Magnetism (Tratado de electricidade e magnetismo (en galego)) 1873, no que publicou as súas famosas ecuacións. Tamén escribiu: Matter and motion (Materia e movemento (en galego)), 1876 e Theory of Heat (Teoría da calor (en galego)) 1877. A teoría de Maxwell obtivo a súa comprobación definitiva cando Heinrich Rudolf Hertz obtivo en 1888 as ondas electromagnéticas de radio. As súas investigacións posibilitaron a invención do telégrafo sen cables e a radio. A unidade de fluxo magnético no sistema cexesimal, o maxwell, recibe este nome na súa honra. Finais do século XIX: o tempo dos enxeñeiros
Os anos centrais do século XIX presenciaran extraordinarios avances na aplicación da electricidade ás comunicacións e en 1881 organizouse en París unha Exposición Universal de Electricidade e un Congrès international des électriciens (Congreso internacional de electricistas (en galego)). Entre o 1 de agosto e o 15 de novembro e o segundo do 15 de setembro ao 19 de outubro. Aínda que para todo iso o coñecemento científico da electricidade e o magnetismo fora imprescindible, os técnicos ou inventores adquiriron un sentimento de superioridade, e ata de reticencia cara aos científicos puros. Ata a teoría de Maxwell era ignorada pola maioría dos enxeñeiros eléctricos, que na súa práctica tecnolóxica non a necesitaban. Isto non puido manterse a partir da demostración experimental da radiación electromagnética (Heinrich Hertz, 1888), e na década dos noventa as novas xeracións de enxeñeiros incorporaron con maior confianza as achegas teóricas e estiveron mellor preparados para as novas tecnoloxías eléctricas que aplicaban os efectos do campo electromagnético, como a corrente alterna.
Dúas invencións que aplicaban o motor eléctrico, á tracción de vehículos, revolucionaron particularmente a vida urbana, permitindo unha mobilidade no espazo que se converteu en mobilidade social: o ascensor eléctrico e o tranvía eléctrico (ambas con participación de Frank Julian Sprague). Ata entón era habitual que pobres e ricos compartisen a mesma casa nos ensanches burgueses (uns na planta principal e outros nas bufardas), con alturas que non adoitaban superar as cinco ou seis plantas. O urbanismo do século XX permitiu o crecemento de megacidades, con nítidas diferenzas entre barrios de ricos e pobres, e con desprazamentos horizontais quilométricos e de decenas de plantas en vertical (os rañaceos). O Metro de Londres, que funcionaba con locomotoras de vapor desde 1863, aplicou a tracción eléctrica para permitir liñas a máis profundidade sen tantos requisitos de ventilación (chamadas deep-level) desde 1890, e o sistema difundiuse por outras cidades europeas e americanas (Budapest e Glasgow, 1886; Boston, 1897; Metro de Bos Aires, 1913; metro de Madrid, 1919). A electrificación dos ferrocarrís foi posterior (véxase sección Electrificación dos ferrocarrís).
Alexander Graham Bell: o teléfono (1876)
O escocés-estadounidense Alexander Graham Bell, científico, inventor e logopeda (1847-1922), disputouse con outros investigadores a invención do teléfono e conseguiu a patente oficial nos Estados Unidos en 1876. Previamente foran desenvolvidos dispositivos similares por outros investigadores, entre quen destacou Antonio Meucci (1871), que estableceu preitos errados con Bell ata a súa morte, e a quen adoita recoñecerse actualmente a prelación no invento.
Bell contribuíu dun modo decisivo ao desenvolvemento das telecomunicacións a través da súa empresa comercial (Bell Telephone Company, 1877, posteriormente AT&T). Tamén fundou na cidade de Washington o Laboratorio Volta, onde, xunto cos seus socios, inventou un aparello que transmitía sons mediante raios de luz (o fotófono, 1880); e desenvolveu o primeiro cilindro de cera para gravar (1886), o que sentou as bases do gramófono. Participou na fundación da National Geographic Society e da revista Science.
Thomas Alva Edison: desenvolvemento da lámpada incandescente (1879), Menlo Park e comercialización
O inventor norteamericano Thomas Alva Edison (1847-1931) foi considerado como o maior inventor de todos os tempos. Aínda que se lle atribúe a invención da lámpada incandescente, a súa intervención é máis ben o perfeccionamento de modelos anteriores (Heinrich Göbel, reloxeiro alemán, fabricara lámpadas funcionais tres décadas antes). Edison logrou, tras moitos intentos, un filamento que alcanzaba a incandescencia sen fundirse: non era de metal, senón de bambú carbonizado. O 21 de outubro de 1879 conseguiu que a súa primeira lámpada lucise durante 48 horas ininterrompidas, con 1, 7 lumens por vatio. A primeira lámpada incandescente cun filamento de algodón carbonizado construída por Edison foi presentada, con moito éxito, na Primeira Exposición de Electricidade de París (1881) como unha instalación completa de iluminación eléctrica de corrente continua; sistema que inmediatamente foi adoptado tanto en Europa como en Estados Unidos. En 1882 desenvolveu e instalou a primeira gran central eléctrica do mundo en Nova York. Con todo, máis tarde, o seu uso da corrente continua viuse desprazado polo sistema de corrente alterna desenvolvido por Nikola Tesla e George Westinghouse.
A súa visión comercial da investigación científico-técnica levoulle a fundar o laboratorio de Menlo Park, onde conseguiu un eficaz traballo en equipo dun gran número de colaboradores. Grazas a iso chegou a rexistrar 1093 patentes de inventos desenvolvidos por el e os seus axudantes, inventos cuxo desenvolvemento e mellora posterior marcaron profundamente a evolución da sociedade moderna, entre eles: o fonógrafo, un sistema xerador de electricidade, un aparello para gravar sons e un proxector de películas (o kinetoscopio), un dos primeiros ferrocarrís eléctricos, unhas máquinas que facían posible a transmisión simultánea de diversos mensaxes telegráficos por unha mesma liña (o que aumentou enormemente a utilidade das liñas telegráficas existentes), o emisor telefónico de carbón (moi importante para o desenvolvemento do teléfono, que fora inventado recentemente por Alexander Graham Bell) etc. Ao sincronizar o fonógrafo co kinetoscopio, produciu en 1913 a primeira película sonora.
No ámbito científico descubriu o efecto Edison, patentado en 1883, que consistía no paso de electricidade desde un filamento a unha placa metálica dentro dun globo de lámpada incandescente. Aínda que nin el nin os científicos da súa época déronlle importancia, este efecto sería un dos fundamentos da válvula da radio e da electrónica. En 1880 asociouse co empresario J. P. Morgan para fundar a General Electric.
John Hopkinson: o sistema trifásico (1882)
O enxeñeiro e físico inglés John Hopkinson (1849-1898) contribuíu ao desenvolvemento da electricidade co descubrimento do sistema trifásico para a xeración e distribución da corrente eléctrica, sistema que patentou en 1882. Un sistema de correntes trifásicas é o conxunto de tres correntes alternas monofásicas de igual frecuencia e amplitude (e por conseguinte, valor eficaz) que presentan un desfasamento entre elas de 120° (un terzo de ciclo). Cada unha das correntes monofásicas que forman o sistema desígnase co nome de fase. Tamén traballou en moitas áreas do electromagnetismo e a electrostática. Das súas investigacións estableceu que "o fluxo de indución magnética é directamente proporcional á forza magnetomotriz e inversamente proporcional á relutancia", expresión moi parecida á establecida na Lei de Ohm para a electricidade, e que se coñece co nome de Lei de Hopkinson Tamén se dedicou ao estudo dos sistemas de iluminación, mellorando a súa eficiencia, así como ao estudo dos condensadores. Profundou nos problemas da teoría electromagnética, propostos por James Clerk Maxwell. En 1883 deu a coñecer o principio dos motores síncronos.
Heinrich Rudolf Hertz: demostración das ecuacións de Maxwell e a teoría electromagnética da luz (1887)
O físico alemán Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894) demostrou a existencia das ondas electromagnéticas preditas polas ecuacións de Maxwell. Foi o primeiro investigador que creou dispositivos que emitían ondas radioeléctricas e tamén dispositivos que permitía detectalas. Fixo numerosos experimentos sobre o seu modo e velocidade de propagación (hoxe coñecida como velocidade da luz), nos que se fundamentan a radio e a telegrafía sen fíos, que el mesmo descubriu. En 1887 descubriu o efecto fotoeléctrico. A unidade de medida da frecuencia foi chamada hertz (símbolo Hz).
George Westinghouse: a subministración de corrente alterna (1886)
O inventor e industrial norteamericano George Westinghouse (1846-1914) interesouse inicialmente polos ferrocarris (freo automático de aire, sistema de sinais ferroviarios, agulla de cruzamento). Posteriormente dedicou as súas investigacións cara á electricidade, sendo o principal responsable da adopción da corrente alterna para a subministración de enerxía eléctrica nos Estados Unidos. Nese empeño tecnolóxico e comercial houbo de vencer a oposición do popular inventor Thomas Alva Edison, que baseaba as súas investigacións e expansión comercial na corrente continua e chegaría a suxerir a invención da cadeira eléctrica de corrente alterna como estratexia nesa competencia.
Westinghouse comprou ao científico croata Nikola Tesla o seu patente para a produción e transporte de corrente alterna, que impulsou e desenvolveu. Posteriormente perfeccionou o transformador, desenvolveu un alternador e adaptou para a súa utilización práctica o motor de corrente alterna inventado por Tesla. En 1886 fundou a compañía eléctrica Westinghouse Electric & Manufacturing Company, que contou nos primeiros anos coa decisiva colaboración de Tesla, con quen logrou desenvolver a tecnoloxía necesaria para desenvolver un sistema de subministración de corrente alterna. Westinghouse tamén desenvolveu un sistema para transportar gas natural, e ao longo da súa vida obtivo máis de 400 patentes, moitas delas de maquinarias de corrente alterna.
Nikola Tesla: desenvolvemento de máquinas eléctricas, o transformador Tesla (1884-1891) e o radiotransmisor (1893)
O enxeñeiro e inventor de orixe croata Nikola Tesla (1856-1943) emigrou en 1884 aos Estados Unidos. É recoñecido como un dos investigadores máis destacados no campo da enerxía eléctrica. O Goberno dos Estados Unidos considerouno unha ameaza polas súas opinións pacifistas e sufriu os malos tratos doutros investigadores mellor recoñecidos como Marconi ou Edison. Gonzalo Ugidos Desenvolveu a teoría de campos rotantes, base dos xeradores e motores polifásicos de corrente alterna. En 1887 logra construír o motor de indución de corrente alterna e traballa nos laboratorios Westinghouse, onde concibe o sistema polifásico para trasladar a electricidade a longas distancias. En 1893 consegue transmitir enerxía electromagnética sen cables, construíndo o primeiro radiotransmisor (adiantándose a Guglielmo Marconi). Ese mesmo ano en Chicago fixo unha exhibición pública da corrente alterna, demostrando a súa superioridade sobre a corrente continua de Edison. Os dereitos destes inventos fóronlle comprados por George Westinghouse, que mostrou o sistema de xeración e transmisión por primeira vez na World's Columbian Exposition de Chicago de 1893. Dous anos máis tarde os xeradores de corrente alterna de Tesla instaláronse na central experimental de enerxía eléctrica das cataratas do Niágara. Entre os moitos inventos de Tesla atópanse os circuítos resonantes de condensador máis indutancia, os xeradores de alta frecuencia e a chamada bobina de Tesla, utilizada no campo das comunicacións por radio.
A unidade de indución magnética do sistema MKS recibe o nome de Tesla na súa honra.
Charles Proteus Steinmetz: a histéresis magnética (1892)
O enxeñeiro e inventor de orixe alemá Charles Proteus Steinmetz (1865-1923) é coñecido principalmente polas súas investigacións sobre a corrente alterna e polo desenvolvemento do sistema trifásico de correntes alternas. Tamén inventou a lámpada de arco con eléctrodo metálico. En 1892 descubriu a histérese magnética, un fenómeno en virtude do cal os electroimáns cuxo núcleo é un material ferromagnético (como o ferro) non se magnetizan ao mesmo ritmo que a corrente variable que pasa polas súas espiras, senón que existe un retardo. En 1893 desenvolveu unha teoría matemática aplicable ao cálculo de circuítos en corrente alterna (para o que introduciu o uso de números complexos) o que facilitou o cambio das novas liñas de enerxía eléctrica, que inicialmente eran de corrente continua. Os seus traballos contribuíron en gran medida ao impulso e utilización da electricidade como fonte de enerxía na industria. En 1902 foi designado profesor da Universidade de Schenectady, Nova York, onde permaneceu ata a súa morte. Traballou para a empresa General Electric.
Wilhelm Conrad Röntgen: os raios X (1895)
O físico alemán Wilhelm Conrad Röntgen (1845-1923). Utilizando un tubo de Crookes, foi quen produciu en 1895 a primeira radiación electromagnética nas lonxitudes de onda correspondentes aos actualmente chamados Raios X. Grazas ao seu descubrimento foi galardoado co primeiro Premio Nobel de Física en 1901. O premio concedeuse oficialmente: "en recoñecemento dos extraordinarios servizos que brindou para o descubrimento dos notables raios que levan o seu nome. " Con todo, Röntgen non quixo que os raios levasen o seu nome aínda que en Alemaña o procedemento da radiografía chámase "röntgen" debido ao feito de que os verbos alemáns teñen a desinencia "en". Os raios X comézanse a aplicar en todos os campos do medicamento entre eles o urolóxico. Posteriormente outros investigadores utilizaron a radioloxía para o diagnóstico da enfermidade litiásica. É un dos puntos culminantes da medicina de finais do século XIX, sobre o cal baseáronse numerosos diagnósticos de entidades nosolóxicas, ata ese momento difíciles de diagnosticar, e seguiron diagnosticandose posteriormente no século XX e ata os nosos días (Véxase a sección Electromedicina).
Na súa honra recibe o seu nome a unidade de medida da exposición á radiación, establecida en 1928: Röentgen.
Michael Idvorsky Pupin: a bobina de Pupin (1894) e as imaxes de raios X (1896)
O físico e electrotécnico serbio Michael Idvorsky Pupin (1854-1935) desenvolveu en 1896 un procedemento para obter a fotografía rápida dunha imaxe obtida mediante raios X, que soamente requiría unha exposición dunha fracción de segundo en lugar dunha hora ou máis que se empregaba anteriormente. Entre os seus numerosos inventos destaca a pantalla fluorescente que facilitaba a exploración e rexistro das imaxes radiolóxicas obtidas cos raios X. Tamén desenvolveu en 1894 un sistema para aumentar en gran medida o alcance das comunicacións telefónicas a través de liñas de fío de cobre, mediante a inserción a intervalos regulares ao longo da liña de transmisión dunhas denominadas bobinas de carga. Estas bobinas reciben na súa honra o nome de bobina de Pupin e o método tamén se denomina pupinización.
Joseph John Thomson: os raios catódicos (1897)
O físico inglés Joseph John Thomson (1856-1940) descubriu que os raios catódicos podían desviarse aplicando un campo magnético perpendicular á súa dirección de propagación e calculou as leis de devandita desviación. Demostrou que estes raios estaban constituídos por partículas atómicas de carga negativa que chamou corpúsculos e hoxe en día coñecemos como electróns. Demostrou que a nova partícula que descubrira era aproximadamente mil veces máis lixeira que o hidróxeno. Esta foi a primeira identificación de partículas subatómicas, coas grandes consecuencias que isto tivo no consecuente desenvolvemento da ciencia e da técnica. Posteriormente, medindo a desviación en campos magnéticos, obtivo a relación entre a carga e a masa do electrón. Tamén examinou os raios positivos e, en 1912, descubriu o xeito de utilizalos para separar átomos de diferente masa. O obxectivo conseguiuse desviando os raios positivos con campos electromagnéticos (espectrometría de masa). Así descubriu que o neon ten dous isótopos (o neon-20 e o neon-22). Todos estes traballos serviron a Thomson para propor unha estrutura do átomo, que máis tarde se demostrou incorrecta, xa que supuña que as partículas positivas estaban mesturadas homoxeneamente coas negativas. Thomson tamén estudou e experimentou sobre as propiedades eléctricas dos gases e a condución eléctrica a través dos mesmos, e foi xustamente por esa investigación que recibiu o Premio Nobel de Física en 1906.
Irmáns Lumière: o inicio do cine (1895)
A finais do século XIX varios inventores estiveron traballando en varios sistemas que tiñan un obxectivo común: o visionado e proxección de imaxes en movemento. Entre 1890 e 1895, son numerosas as patentes que se rexistran co fin de ofrecer ao público as primeiras "tomas de vistas" animadas. Entre os pioneiros atópanse os alemáns Max e Emil Skladanowski, os estadounidenses Charles F. Jenkins, Thomas Armat e Thomas Alva Edison (kinetoscopio), e os franceses irmáns Lumière (cinematógrafo). Con todo, aínda que xa existían películas non era posible proxectalas nunha sala cinematográfica. O cine foi oficialmente inaugurado coa primeira exhibición pública, en París, o 28 de decembro de 1895. A conexión do novo invento coa electricidade non foi inmediata, porque os movementos mecánicos producíanse manualmente (o que producía problemas de variación da velocidade, pero tamén era utilizado como parte dos efectos especiais); mentres que a luz das primeiras lanternas proviña dunha chama xerada pola combustión de éter e osíxeno. Pero usar unha chama xunto ao celuloide (que era empregado como soporte para as películas, e que é moi inflamable) constituía unha fonte constante de graves perigos para os proxecionistas e espectadores, polo que se buscaron substitutos á fonte luminosa. Ao estenderse as redes eléctricas empregouse o arco eléctrico incandescente. Inicialmente usábanse dous eléctrodos de carbón alimentados cunha corrente continua, un con carga positiva e outro con carga negativa. Na actualidade realízase o paso da corrente continua a través de dous condutores, encerrados nunha cápsula de gas, normalmente xenon. Estas lámpadas de xenon levan no seu interior dous eléctrodos entre os que salta o arco voltaico que produce a luz. En canto á motorización eléctrica do funcionamento da cámara e do proxector fíxose ineludible co tempo, sobre todo tras o paso ao cine sonoro (primeira proxección experimental en París, 1900, e dun modo eficaz en Nova York, 1923, sendo a primeira película The Jazz Singer (O cantante de jazz (en galego)), 1927), o que implicaba tamén ás tecnoloxías do rexistro e reprodución do son, inicialmente obtido a partir dunha banda lateral de opacidade variable detectada por unha célula fotoeléctrica (a banda sonora). A partir de entón xurdiu o concepto de medio audiovisual.
A tecnoloxía do cine evolucionou moito ata o cine dixital do século XXI e simultaneamente evolucionou a linguaxe cinematográfica, incluíndo as convencións do xénero e os xéneros cinematográficos. Máis transcendente aínda foi a evolución conxunta de cine e sociedade, e o xurdimento de distintos movementos cinematográficos, cinematografías nacionais etc. En Estados Unidos, Edison foi o máximo impulsor do cine, consolidando unha industria na que desexaba ser o protagonista indiscutible ao considerarse como o único inventor e propietario do novo espectáculo. En España, a primeira proxección ofreceuna un enviado dos Lumière a Madrid, o 15 de maio de 1896.
Guglielmo Marconi: a telegrafía inalámbrica (1899)
O enxeñeiro e físico italiano Guglielmo Marconi (1874-1937), é coñecido, principalmente, como o inventor do primeiro sistema práctico de sinais telegráficas sen fíos, que deu orixe á radio actual. En 1899 logrou establecer comunicación telegráfica sen fíos a través do canle da Mancha entre Inglaterra e Francia, e en 1903 a través do océano Atlántico entre Cornualla, e Saint John's en Terra Nova, Canadá. En 1903 estableceu nos Estados Unidos a estación WCC, en cuxa inauguración cruzaron mensaxes de salutación o presidente Theodore Roosevelt e o rei Eduardo VIII do Reino Unido. En 1904 chegou a un acordo co Servizo de Correos británico para a transmisión comercial de mensaxes por radio. As mariñas italiana e británica pronto adoptaron o seu sistema e cara a 1907 alcanzara tal perfeccionamento que se estableceu un servizo transatlántico de telegrafía sen fíos para uso público. Para a telegrafía foi un grande impulso o poder usar o código Morse sen necesidade de cables condutores.
Aínda que se lle atribuíu a invención da radio, a patente regresou ao verdadeiro inventor, o austro-húngaro Nikola Tesla, en 1943. Tamén inventou a antena Marconi. En 1909 Marconi recibiu, xunto co físico alemán Karl Ferdinand Braun, o Premio Nobel de Física polos seus traballos.
Peter Cooper Hewitt: a lámpada de vapor de mercurio (1901-1912)
O enxeñeiro eléctrico e inventor estadounidense Peter Cooper Hewitt (1861-1921) fíxose soado pola introdución da lámpada de vapor de mercurio, un dos máis importantes avances en iluminación eléctrica. Na década de 1890 traballou sobre os experimentos realizados polos alemáns Julius Plücker e Heinrich Geissler sobre o fenómeno fluorescente, é dicir, as radiacións visibles producidas por unha corrente eléctrica que pasa a través dun tubo de cristal recheo de gas. Os esforzos de Hewitt encamiñáronse a achar o gas que resultase máis apropiado para a produción de luz, e atopouno no mercurio. A luz obtida, por este método, non era apta para uso doméstico, pero atopou aplicación noutros campos da industria, como na medicina, na esterilización de auga potable e no revelado de películas. En 1901 inventou o primeiro modelo de lámpada de mercurio (aínda que non rexistrou a patente ata 1912). En 1903 fabricou un modelo mellorado que emitía unha luz de mellor calidade e que atopou maior utilidade no mercado. O desenvolvemento das lámpadas incandescentes de filamento de tungsteno, a partir da década de 1910, supuxo unha dura competencia para a lámpada de Hewitt, xa que, a pesar de ser oito veces menos eficientes que esta, posuían unha luminosidade moito máis atractiva.
Gottlob Honold: a magneto de alta tensión, a buxía (1902) e os faros parabólicos (1913)
O enxeñeiro alemán Gottlob Honold (1876-1923), que traballaba na empresa de Robert Bosch, foi o primeiro que fabricou unha buxía economicamente viable que, conectada a un magneto de alta tensión, fixo posible o desenvolvemento dos motores de combustión interna de ciclo Otto con velocidades de xiro de varios miles de revolucións por minuto e potencias específicas. Unha buxía é o elemento onde se produce unha faísca que provoca o aceso da mestura de combustible e aire nos cilindros dun motor de ciclo Otto. As primeiras patentes para a buxía datan de Nikola Tesla (Patente USPTO n. º 609, 250 no que se deseña un sistema temporizado de ignición repetida, no ano 1898), case ao mesmo tempo que Frederik Richard Simms (GB 24859/1898, 1898) e Robert Bosch (GB 26907/1898). Karl Benz tamén inventou a súa propia versión de buxía. Con todo, a buxía de Honold de 1902 era comercialmente viable, de alta tensión e podía realizar un maior número de faíscas por minuto, razón pola que Daimler decidiuse por ela. A buxía ten dúas funcións primarias: producir a ignición da mestura de aire e combustible e disipar parte da calor da cámara de combustión cara ao bloque motor por condución térmica. As buxías clasifícanse polo que se coñece como rango térmico en función da súa condutancia térmica. As buxías transmiten enerxía eléctrica que converten ao combustible nun sistema de enerxía. Unha cantidade suficiente de voltaxe débese de prover ao sistema de ignición para que poida xerar a faísca a través da calibración da buxía.
En 1913, Honold participou no desenvolvemento dos faros parabólicos. Aínda que se utilizaron anteriormente algúns sistemas de alumado para a condución nocturna, os primeiros faros apenas alumaban e servían pouco máis que como sistema de sinalización. Honold concibiu a idea de colocar espellos parabólicos detrás das lámpadas para concentrar o feixe luminoso, o que melloraba a iluminación do camiño sen necesidade de usar un sistema eléctrico máis potente. Os cambios de modelo do século XX
O efecto fotoeléctrico xa fora descuberto e descrito por Heinrich Hertz en 1887. No entanto, carecía de explicación teórica e parecía ser incompatible coas concepcións da física clásica. Esa explicación teórica só foi posible coa obra de Albert Einstein (entre os famosos artigos de 1905) quen baseou a súa formulación da fotoelectricidade nunha extensión do traballo sobre os Quantos de Max Planck. Máis tarde Robert Andrews Millikan pasou dez anos experimentando para demostrar que a teoría de Einstein non era correcta pero terminou demostrando que si o era. Iso permitiu que tanto Einstein como Millikan recibisen o premio Nobel en 1921 e 1923 respectivamente.
En 1893 Wilhelm Weber logrou combinar a formulación de Maxwell coas leis da termodinámica para tratar de explicar a radiación do chamado corpo negro, un modelo de estudo da radiación electromagnética que terá importantes aplicacións en astronomía e cosmoloxía.
En 1911 próbase experimentalmente o modelo atómico de Ernest Rutherford (núcleo con masa e carga positiva e coroa de carga negativa), aínda que tal configuración fora predita en 1904 polo xaponés Hantarō Nagaoka, cuxa contribución había pasado desapercibida.
A chamada Gran Ciencia ligada á investigación atómica necesitou superar retos tecnolóxicos cuantitativamente impresionantes, pois era necesario facer chocar partículas co núcleo atómico con cada vez maior enerxía. Esta foi unha das primeiras carreiras tecnolóxicas do século XX e que, independentemente da orixe nacional das ideas ou procesos postos en práctica (moitos deles europeos: alemáns, austrohúngaros, italianos, franceses, belgas ou británicos), foron gañadas polo eficaz e inquietante complexo científico-técnico-produtivo-militar dos Estados Unidos. En 1928 Merle Anthony Tuve utilizou un transformador Tesla para alcanzar os tres millóns de voltios. En 1932 John Cockcroft e Ernest Walton observaron a desintegración de átomos de litio cun multiplicador voltaico que alcanzaba os 125. 000 voltios. En 1937 Robert van de Graaff construíu xeradores de cinco metros de altura para xerar correntes de 5 millóns de voltios. Ernest Lawrence, inspirado polo noruegués Rolf Wideröe, construíu entre 1932 e 1940 sucesivos e cada vez maiores ciclotróns, aillantes magnéticos circulares, para pescudar a estrutura das partículas elementais a base de sometelas a choques a enormes velocidades.
Os quarks (bautizados así en 1963 e descubertos sucesivamente nos anos 1970 e ata datas tan próximas como 1996), así como as particularidades da súa carga eléctrica aínda son unha incógnita da física de hoxe en día.
A industria eléctrica medra coa sociedade de consumo de masas e pasa á fase do capitalismo monopolista das grandes corporacións multinacionais de tipo holding, como as norteamericanas General Electric (derivada da compañía de Edison) e Westinghouse Electric (derivada da de Westinghouse e Tesla), a Marconi Company (máis puramente multinacional que italiana), as alemás AEG, Telefunken, Siemens AG e Braun (esta última, máis tardía, debe o seu nome a Max Braun, non ao físico Karl Ferdinand Braun) ou as xaponesas Mitsubishi, Matsushita (Panasonic) Sanyo ou Sony (estas últimas posteriores á segunda guerra mundial). Ata en países pequenos, pero desenvolvidos, o sector eléctrico e a electrónica de consumo tivo presenza temperá e destacada nos procesos de concentración industrial, como son os casos da holandesa Philips e a finlandesa Nokia.
Hendrik Antoon Lorentz: as transformacións de Lorentz (1900) e o efecto Zeeman (1902)
O físico holandés Hendrik Antoon Lorentz (1853-1928) realizou un gran número de investigacións nos campos da termodinámica, a radiación, o magnetismo, a electricidade e a refracción da luz, entre as que destaca o estudo da expresión das ecuacións de Maxwell en sistemas inerciais e as súas consecuencias sobre a propagación das ondas electromagnéticas. Formulou, conxuntamente con George Francis FitzGerald, unha explicación do experimento de Michelson e Morley sobre a constancia da velocidade da luz, atribuíndoa á contracción dos corpos na dirección do seu movemento. Este efecto, coñecido como contracción de Lorentz-FitzGerald, sería logo expresado como as transformacións de Lorentz, as que deixan invariantes as ecuacións de Maxwell, posterior base do desenvolvemento da teoría da relatividade. Nomeou a Pieter Zeeman o seu asistente persoal, estimulándoo a investigar o efecto dos campos magnéticos sobre as transicións do spin, o que o levou a descubrir o que hoxe en día se coñece co nome de efecto Zeeman, base da tomografía por resonancia magnética nuclear. Por este descubrimento e a súa explicación, Lorentz compartiu en 1902 o Premio Nobel de Física con Pieter Zeeman
Albert Einstein: o efecto fotoeléctrico (1905)
Ao alemán nacionalizado norteamericano Albert Einstein (1879 - 1955) considéraselle o científico máis coñecido e importante do século XX. O resultado das súas investigacións sobre a electricidade chegou en 1905 (data transcendental que se conmemorou no Ano mundial da física do 2005), cando escribiu catro artigos fundamentais sobre a física de pequena e grande escala. Neles explicaba o movemento browniano, o efecto fotoeléctrico e desenvolvía a relatividade especial e a equivalencia entre masa e enerxía.
O efecto fotoeléctrico consiste na emisión de electróns por un material cando se lle ilumina con radiación electromagnética (luz visible ou ultravioleta, en xeral). Xa fora descuberto e descrito por Heinrich Hertz en 1887, pero a explicación teórica non chegou ata que Albert Einstein lle aplicou unha extensión do traballo sobre os quantos de Max Planck. No artigo dedicado a explicar o efecto fotoeléctrico, Einstein expuña un punto de vista heurístico sobre a produción e transformación de luz, onde propuña a idea de quanto de radiación (agora chamados fotóns) e mostraba como se podía utilizar este concepto para explicar o efecto fotoeléctrico. Unha explicación completa do efecto fotoeléctrico soamente puido ser elaborada cando a teoría cuántica estivo máis avanzada. A Albert Einstein concedéuselle o Premio Nobel de Física en 1921.
O efecto fotoeléctrico é a base da produción de enerxía eléctrica por radiación solar e do seu aproveitamento enerxético. Aplícase tamén para a fabricación de células utilizadas nos detectores de chama das caldeiras das grandes centrais termoeléctricas. Tamén se utiliza en díodos fotosensibles como os que se utilizan nas células fotovoltaicas e en electroscopios ou electrómetros. Na actualidade (2008) os materiais fotosensibles máis utilizados son, á parte dos derivados do cobre (agora en menor uso), o silicio, que produce correntes eléctricas maiores.
Robert Andrews Millikan: o experimento de Millikan (1909)
O físico estadounidense Robert Andrews Millikan (1868-1953) é coñecido principalmente por medir a carga do electrón, xa descuberta por J. J. Thomson. Estudou nun principio a radioactividade dos minerais de uranio e a descarga nos gases. Logo realizou investigacións sobre radiacións ultravioletas.
Mediante o seu experimento da pinga de aceite, tamén coñecido como experimento de Millikan, determinou a carga do electrón: 1, 602 × 10−19 coulomb. A carga do electrón é a unidade básica de cantidade de electricidade e considérase a carga elemental porque todos os corpos cargados conteñen un múltiplo enteiro da mesma. O electrón e o protón teñen a mesma carga absoluta, pero de signos opostos. Convencionalmente, a carga do protón considérase positiva e a do electrón negativa. Entre as outras achegas súas á ciencia destacan a súa importante investigación sobre os raios cósmicos, como el os denominou, e sobre os raios X, así como a determinación experimental da constante de Planck, medindo a frecuencia da luz e a enerxía dos electróns liberados no efecto fotoeléctrico. En 1923 foi galardoado co Premio Nobel de Física por os seus traballos para determinar o valor de carga do electrón e o efecto fotoeléctrico.
Heike Kamerlingh Onnes: supercondutividade (1911)
O físico holandés Heike Kamerlingh Onnes (1853-1926) dedicouse principalmente ao estudo da física a baixas temperaturas, realizando importantes descubrimentos no campo da supercondutividade eléctrica, fenómeno que sucede cando algúns materiais están a temperaturas próximas ao cero absoluto. Xa no século XIX se levaron a cabo diversos experimentos para medir a resistencia eléctrica a baixas temperaturas, sendo James Dewar o primeiro pioneiro neste campo. Con todo, a supercondutividade como tal non se descubriría ata 1911, ano en que Onnes observou que a resistencia eléctrica do mercurio desaparecía bruscamente ao arrefriarse a 4K (-269 °C), cando o que se esperaba era que diminuíse gradualmente. En 1913 foi galardoado co Premio Nobel de Física por, en palabras do comité, "as súas investigacións nas características da materia a baixas temperaturas que permitiron a produción do helio líquido".
Vladimir Zworykin: a televisión (1923)
O enxeñeiro ruso Vladimir Zworykin (1889-1982) dedicou a súa vida ao desenvolvemento da televisión, a electrónica e a óptica. Desde moi novo estaba persuadido de que a solución práctica da televisión non sería achegada por un sistema mecánico, senón pola posta a piques dun procedemento que utilizase os tubos de raios catódicos. Emigrou a Estados Unidos e empezou a traballar nos laboratorios da Westinghouse Electric and Manufacturing Company, en Pittsburgh (Pensilvania). Na Westinghouse tivo liberdade para continuar cos seus proxectos persoais, é dicir, os seus traballos sobre a televisión, especialmente sobre o iconoscopio (1923), un dispositivo que convertía imaxes ópticas en sinais eléctricos. Outro dos seus inventos, que posibilitou unha televisión enteiramente electrónica, foi o kinescopio que transformaba os sinais eléctricos do iconoscopio en imaxes visibles, aínda que de baixa resolución. Os traballos de investigación de Zworykin e do seu grupo de colaboradores non se limitaron só á televisión, abarcaron moitos outros aspectos da electrónica, sobre todo os relacionados coa óptica. A súa actividade neste campo permitiu o desenvolvemento de dispositivos tan importantes como os tubos de imaxes e multiplicadores secundarios de emisión de distintos tipos. Un gran número de aparellos electrónicos militares utilizados na segunda guerra mundial son resultado directo das investigacións de Zworykin e dos seus colaboradores, quen tamén participou na invención do microscopio electrónico.
Edwin Howard Armstrong: Frecuencia modulada (FM) (1935)
O enxeñeiro eléctrico estadounidense Edwin Howard Armstrong (1890-1954) foi un dos inventores máis prolíficos da era da radio, ao desenvolver unha serie de circuítos e sistemas fundamentais para o avance deste sistema de comunicacións. En 1912 desenvolveu o circuíto rexenerativo, que permitía a amplificación dos sinais débiles de radio con pouca distorsión, mellorando moito a eficiencia dos circuítos empregados ata o momento. En 1918 desenvolveu o circuíto superheterodino, que deu un grande impulso aos receptores de amplitude modulada (AM). En 1920 desenvolveu o circuíto super-rexenerador, moi importante nas comunicacións con dúas canles. En 1935 desenvolveu o sistema de radiodifusión de frecuencia modulada (FM) que, ademais de mellorar a calidade de son, diminuíu o efecto das interferencias externas sobre as emisións de radio, facéndoo moi inferior ao do sistema de amplitude modulada (AM). O sistema de frecuencia modulada (FM), que é hoxe o máis empregado en radio e televisión, non se empezou a empregar comercialmente ata logo da súa morte. Moitas invencións de Armstrong foron reclamadas por outros en preitos de patente.
Robert Watson-Watt: O radar (1935)
O radar (acrónimo de radio detection and ranging, detección e medición de distancias por radio) foi creado en 1935 e desenvolvido principalmente en Inglaterra durante a segunda guerra mundial. O seu maior impulsor foi o físico Robert Watson-Watt (1892-1973), director do Laboratorio de Investigación de Radio. Xa en 1932, a Oficina Postal Británica publicou un informe no que os seus científicos documentaron fenómenos naturais que afectaban a intensidade do sinal electromagnético recibida: tormentas eléctricas, ventos, choiva e o paso dun aeroplano na proximidade do laboratorio. Arnold Wilkins (1907-1985), físico axudante de Watson-Watts, coñeceu este informe de xeito accidental, conversando coa xente da Oficina Postal, que se queixaba pola interferencia. Cando Wilkins suxeriu a posibilidade de utilizar o fenómeno de interferencia de ondas de radio para detectar avións inimigos, Watson-Watt o encargou inmediatamente para traballar no cálculo dos aspectos cuantitativos.
O radar deu á aviación británica unha notable vantaxe táctica sobre a alemá durante a Batalla de Inglaterra, cando aínda era denominado RDF (Radio Direction Finding). Hoxe en día é unha das principais axudas á navegación con que conta o control de tráfico aéreo de todo tipo, militar e civil. A segunda metade do século XX: Era Espacial ou Idade da Electricidade
Logo da segunda guerra mundial, o mundo bipolar enfrontado á guerra fría entre os Estados Unidos e a Unión Soviética presenciou a frenética carreira de armamentos e a carreira espacial que impulsou de modo extraordinario a competencia científica e tecnolóxica entre ambos os países- Na sociedade de consumo capitalista, orientada ao mercado, algúns destes logros atoparon aplicación á vida cotiá como retorno tecnolóxico do investido nas áreas de investigación punteira; caso dalgúns feitos da industria lixeira e os servizos (terciarización), mentres que no bloque soviético a planificación estatal privilexiaba a industria pesada. A reconstrución de Europa Occidental e o Xapón permitiu que en ambos os espazos se puidese continuar á vangarda da ciencia e a tecnoloxía, ademais de contribuír coa fuga de cerebros aos espazos centrais.
Ao científico e o inventor individual, agora substituídos en prestixio polo empresario schumpeteriano, sucedéronlle os equipos científicos vinculados a institucións públicas ou privadas, cada vez máis interconectadas e retroalimentadas no que se denomina investigación e desenvolvemento (I+D) ou ata I+D+i (investigación, desenvolvemento e innovación). Os programas de investigación fixéronse tan custosos, con tantas implicacións e a tan longo prazo que as decisións que lles afectan han de ser tomadas por instancias políticas e empresariais de alto nivel, e a súa publicidade ou o seu mantemento en segredo (con fins estratéxicos ou económicos) constitúen un problema serio de control social (con principios democráticos ou sen eles).
A segunda metade do século XX caracterizouse, entre outras cousas, pola denominada revolución científico-técnica da terceira revolución industrial, con avances das tecnoloxías (especialmente a electrónica e a medicina) e as ciencias, que deu lugar ao desenvolvemento dunha numerosísima serie de inventos -dependentes da electricidade e a electrónica no seu deseño e funcionamento- que transformaron a vida social, primeiro nas clases medias dos países desenvolvidos, e posteriormente en todo o mundo co proceso de globalización. O desenvolvemento das telecomunicacións e Internet permite falar dunha sociedade da información na que, nos países industrialmente máis desenvolvidos as decisións económicas (como consumir, producir e distribuír), sociais (como o establecemento de todo tipo de relacións persoais, redes sociais e redes cidadás) e políticas (como informarse e opinar, aínda que a democracia virtual só está esbozada) transmítense instantaneamente, o que permitiu a Marshall McLuhan falar da Idade da Electricidade.
A automatización (en estadios máis avanzados a robótica, que aínda non se desenvolveu plenamente) transformou radicalmente os procesos de traballo industrial. É posible falar xa non dunha sociedade industrial oposta á sociedade preindustrial, senón ata unha sociedade post-industrial baseada en parámetros completamente novos. Entre os inventos que contribuíron á base material desa nova forma de vida caben destacar: electrodomésticos, electrónica dixital, ordenadores, robótica, satélites artificiais de comunicación, enerxía nuclear, trens eléctricos, refrixeración e conxelación de alimentos, electromedicina etc.
Ordenadores
A primeira computadora electrónica funcional de que se ten noticia foi a alemá Z3 de Konrad Zuse, construída en 1941 e destruída nos bombardeos aliados de 1943. A utilización comercial deste tipo de aparellos, que revolucionaron a xestión da información e toda a vida social, económica e científica, tivo que esperar aos anos cincuenta, tras o seu desenvolvemento nos Estados Unidos.
A británica Colossus (deseñada por Tommy Flowers na Estación de Investigación da Oficina Postal) e a estadounidense Harvard Mark I (construída por Howard H. Aiken na Universidade Harvard con subvención de IBM entre 1939 e 1943), chegaron a tempo de usarse na fase final da segunda guerra mundial (1944-1945), a primeira no descifrado de mensaxes alemás e a segunda para o cálculo de táboas de balística.
Inmediatamente logo da guerra, o ENIAC -siglas do inglés: Electronic Numerical Integrator And Computer (Computador e Integrador Numérico Electrónico (en galego))- utilizado polo Laboratorio de Investigación Balística do Exército dos Estados Unidos foi construído en 1946 na Universidade de Pensilvania por John Presper Eckert e John William Mauchly. Consumía unha potencia eléctrica suficiente para abastecer unha pequena cidade, ocupaba unha superficie de 167 m² e operaba cun total de 17. 468 válvulas electrónicas ou vávlulas termoiónicas, 7. 200 díodos de cristal, 1. 500 relés, 70. 000 resistencias, 10. 000 condensadores e 5 millóns de soldaduras. Pesaba 27 tn, medía 2, 4 m x 0, 9 m x 30 m; utilizaba 1. 500 conmutadores electromagnéticos e relés; requiría a operación manual duns 6. 000 interruptores, e o seu programa ou software, cando requiría modificacións, tardaba semanas de instalación manual. A ENIAC podía resolver 5. 000 sumas e 360 multiplicacións en 1 segundo. Desactivouse en 1955.
Substituioa na mesma institución a EDVAC -siglas do inglés- Electronic Discrete Variable Automatic Computer, en 1949. A diferenza da ENIAC, non era decimal, senón binaria e tivo o primeiro programa deseñado para ser almacenado. Este deseño converteuse no estándar de arquitectura para a maioría das computadoras modernas e un fito na historia da informática. Aos deseñadores anteriores uníraselles o gran matemático John von Neumann. A EDVAC recibiu varias actualizacións, incluíndo un dispositivo de entrada/saída de cartóns perforados en 1953, memoria adicional nun tambor magnético en 1954 e unha unidade de aritmética de punto flotante en 1958. Deixou de estar en activo en 1961.
A UNIVAC I -siglas do inglés- Universal Automatic Computer I, (computadora automática universal I (en galego)), tamén debida a J. Presper Eckert e John William Mauchly, foi a primeira computadora comercial e a primeira deseñada desde o principio para o seu uso en administración e negocios. O primeiro UNIVAC foi entregado á Oficina do Censo dos Estados Unidos (United States Census Bureau (en inglés)) en 1951 e foi posto en servizo ese mesmo ano. Competía directamente coas máquinas de cartón perforado feitas principalmente por IBM. Para facilitar a compatibilidade de ambos os tipos de máquina construiose un equipo de procesamento de cartóns fóra de liña, o convertedor UNIVAC de cartón a cinta e o convertedor UNIVAC de cinta a cartón, para a transferencia de datos entre os cartóns e as cintas magnéticas que empregaba alternativamente.
IBM anunciou en 1953 a primeira produción a grande escala dunha computadora, o IBM 650: 2000 unidades desde 1954 ata 1962. Era un deseño orientado cara aos usuarios de máquinas contables anteriores, como as tabuladoras electromecánicas (con cartóns perforados) ou o modelo IBM 604. Pesaba ao redor de 900 kg, e a súa unidade de alimentación uns 1350. Cada unidade estaba nun armario separado, de 1, 5 x 0, 9 x 1, 8 metros. Custaba 500. 000 dólares, pero podía alugarse por 3. 500 ao mes.
A terceira xeración deste tipo de máquinas iniciouse con IBM 360, a primeira na historia en ser atacada cun virus informático. Comercializada a partir de 1964, foi a primeira que usaba o termo byte para referirse a 8 bits (con catro bytes creaba unha palabra de 32-bits). A súa arquitectura de computación foi a que a partir deste modelo seguiron todos os computadores de IBM. O sistema tamén fixo popular a computación remota, con terminais conectadas a un servidor, por medio dunha liña telefónica. Foi unha das primeiras computadoras comerciais que usou circuítos integrados, e podía realizar tanto análises numéricas como administración ou procesamento de ficheiros.
O Intel 4004 (i4004, primeiro de Intel), un CPU de 4 bits, foi lanzado nun paquete de 16 pins CERDIP en 1971, sendo o primeiro microprocesador nun simple chip, así como o primeiro dispoñible comercialmente. Daría paso á construción dos computadores persoais. O circuíto 4004 foi construído con 2. 300 transistores, e foi seguido o ano seguinte polo primeiro microprocesador de 8 bits, o 8008, que contiña 3. 300 transistores, e o 4040, versión revisada do 4004. O CPU que comezou a revolución do microcomputador, sería o 8080, usado no Altair 880. O microprocesador é un circuíto integrado que contén todos os elementos necesarios para conformar unha CPU -siglas do inglés- Central Process Unit ou UCP -siglas do galego- "unidade central de procesamiento". Na actualidade este tipo de compoñente electrónico componse de millóns de transistores, integrados nunha mesma placa de silicio.
Transistor, Electrónica dixital e Supercondutividade
A electrónica, que estuda e emprega sistemas cuxo funcionamento basase na condución e o control do fluxo microscópico dos electróns ou outras partículas cargadas eléctricamente, comezou co díodo sen carga inventado por John Ambrose Fleming en 1904, dispositivo baseado no efecto Edison. Co tempo as válvulas termoiónicas fóronse perfeccionando e mellorando, aparecendo outros tipos e miniaturizándose. O paso esencial deuno o físico estadounidense Walter Houser Brattain (1902-1987), incorporado en 1929 aos laboratorios Bell, onde foi partícipe xunto con John Bardeen (1908-1991) -incorporado en 1945- e William Bradford Shockley do invento dun pequeno dispositivo electrónico semicondutor que cumpría funcións de amplificador, oscilador, conmutador ou rectificador: o transistor. A palabra elixida para denominalo é a contracción en inglés de transfer resistor ("resistencia de transferencia"). Substituto da válvula termoiónica de tres eléctrodos ou triodo, o primeiro transistor de puntas de contacto funcionou en decembro de 1947; anunciouse por primeira vez en 1948 pero non se terminou de fabricar ata 1952, tras lograr construír un dispositivo con xermanio o 4 de xullo de 1951, culminando así o seu desenvolvemento. O transistor de unión bipolar apareceu algo máis tarde, en 1949, e é o dispositivo utilizado actualmente para a maioría das aplicacións electrónicas. As súas vantaxes respecto das válvulas son entre outras menor tamaño e fraxilidade, maior rendemento enerxético, menores tensións de alimentación e consumo de enerxía. O transistor non funciona en baleiro como as válvulas, senón nun estado sólido semicondutor (silicio), razón pola que non necesitan centenares de voltios de tensión para funcionar.
O transistor contribuíu, como ningunha outra invención, ao gran desenvolvemento actual da electrónica e a informática, empregándose comercialmente en todo tipo de aparellos electrónicos, tanto domésticos como industriais. A primeira aplicación destes dispositivos fíxose nos audífonos. Polo seu traballo cos semicondutores e polo descubrimento do transistor, Walter Houser Brattain compartiu con Shockley e Bardeen en 1956 o Premio Nobel de Física.
A construción de circuítos electrónicos permitiu resolver moitos problemas prácticos (control, procesado e distribución de información, conversión e distribución da enerxía eléctrica etc. ). En 1958 desenvolveuse o primeiro circuíto integrado, que integraba seis transistores nun único chip, e en 1970 desenvolveuse o primeiro microprocesador (Intel 4004).
Na actualidade, os campos de desenvolvemento da electrónica son tan vastos que se dividiu en varias ciencias especializadas, partindo da distinción entre electrónica analóxica e electrónica dixital; e nos campos da enxeñería electrónica, a electromecánica, a informática (deseño de software para o seu control), a electrónica de control, as telecomunicacións e a electrónica de potencia.
En 1951 Bardeen, un dos deseñadores do transistor, ingresou na Universidade de Illinois, nomeando asistente persoal ao físico Nick Holonyak, o cal posteriormente deseñaría o primeiro Díodo LED en 1962. Traballou xunto a Leon Cooper e John Robert Schrieffer para crear a teoría estándar da supercondutividade, é dicir, a desaparición da resistencia eléctrica en certos metais e aliaxes a temperaturas próximas ao cero absoluto. Por estes traballos compartiu novamente, en 1972, o Premio Nobel de Física cos físicos estadounidenses Leon Cooper e John Robert Schrieffer. Isto fixo que el fose o primeiro científico que gañou dous premios Nobel na mesma disciplina. As aplicacións da supercondutividade están aínda nas primeiras fases do seu desenvolvemento, pero xa permitiron os electroimáns máis poderosos (que se usan nos trens maglev, resonancia magnética nuclear e aceleradores de partículas); circuítos dixitais e filtros de radiofrecuencia e microondas para estacións base de telefonía móbil; ou os magnetómetros máis sensibles (unións Josephson, dos SQUIDs -dispositivos supercondutores de interferencia cuántica-).
O reto da xeración de electricidade
Centrais nucleares
Unha central nuclear é unha instalación industrial empregada para a xeración de enerxía eléctrica a partir de enerxía nuclear, que se caracteriza polo emprego de materiais fisionables que mediante reaccións nucleares proporcionan calor. Esta calor é empregado por un ciclo termodinámico convencional para mover un alternador e producir enerxía eléctrica. As centrais nucleares constan dun ou varios reactores.
Chámase enerxía nuclear a aquela que se obtén ao aproveitar as reaccións nucleares espontáneas ou provocadas polo ser humano. Estas reaccións danse nalgúns isótopos de certos elementos químicos, sendo o máis coñecido deste tipo de enerxía a fisión do uranio-235 (235U), coa que funcionan os reactores nucleares. Con todo, para producir este tipo de enerxía aproveitando reaccións nucleares poden ser utilizados moitos outros isótopos de varios elementos químicos, como o torio, o plutonio, o estroncio ou o polonio. Os dous sistemas cos que pode obterse enerxía nuclear de forma masiva son a fisión nuclear e a fusión nuclear.
O 2 de decembro de 1942, como parte do proxecto Manhattan dirixido por Robert Oppenheimer, construiose o Chicago Pile-1 (CP-1), primeiro reactor nuclear feito polo ser humano (existiu un reactor natural en Oklo). O Departamento de Defensa dos Estados Unidos propuxo o deseño e construción dun reactor nuclear utilizable para a xeración eléctrica e propulsión nos submarinos a dúas empresas distintas norteamericanas: General Electric e Westinghouse. Estas empresas desenvolveron os reactores de auga lixeira tipo BWR -siglas do inglés- Boiling Water Reactor (Reactor de auga en ebulición (en galego)) e PWR -siglas do inglés- Pressurized Water Reactor (Reactor de auga a presión (en galego)) respectivamente. Os mesmos deseños de reactores de fisión trasladáronse a deseños comerciais para a xeración de electricidade. Os únicos cambios producidos no deseño co transcurso do tempo foron un aumento das medidas de seguridade, unha maior eficiencia termodinámica, un aumento de potencia e o uso das novas tecnoloxías que foron aparecendo.
O 20 de decembro de 1951 foi o primeiro día que se conseguiu xerar electricidade cun reactor nuclear (no reactor americano EBR-I, cunha potencia duns 100 kW), pero non foi ata 1954 cando se conectou á rede eléctrica unha central nuclear (foi a central nuclear rusa de Obninsk, xerando 5 MW con só un 17% de rendemento térmico). A primeira central nuclear cun rendemento comercial foi a británica de Calder Hall, en Sellafield, aberta en 1956 cunha capacidade de 50 MW (ampliada posteriormente a 200 MW). O desenvolvemento da enerxía nuclear en todo o mundo experimentou a partir dese momento un gran crecemento, de forma moi particular en Francia e o Xapón, onde a crise do petróleo de 1973 influíu definitivamente, xa que a súa dependencia no petróleo para a xeración eléctrica era moi marcada. En 1986 o accidente de Chernóbil, nun reactor RBMK de deseño ruso que non cumpría os requisitos de seguridade que se esixían en occidente, acabou radicalmente con ese crecemento. A partir de entón, coa caída do bloque do leste desde 1989, o movemento antinuclear, que se opón por unha banda a arma nuclear e por outra banda á utilización da enerxía nuclear, viuse desprazado da vangarda do movemento ecoloxista por outras cuestións, como o cambio climático.
En outubro de 2007 existían 439 centrais nucleares en todo o mundo que xeraron 2, 7 millóns de MWh (Megavatios hora) en 2006. A potencia instalada en 2007 era de 370. 721 MWs. Aínda que só 30 países no mundo posúen centrais nucleares, aproximadamente o 15% da enerxía eléctrica xerada no mundo prodúcese a partir de enerxía nuclear, aínda que a porcentaxe está actualmente en diminución.
A maioría dos países con centrais nucleares suspenderon novas construcións debido aos problemas de disposición final dos combustibles nucleares, cuxa actividade (e riscos para a vida humana) perdura durante moitos miles de anos. Algúns científicos, como o galardoado físico Freeman Dyson, sosteñen que a esaxeración dos beneficios da enerxía nuclear proveñen dunha combinación de factores económicos e do sentido de culpa polos bombardeos atómicos sobre Hiroshima e Nagasaki.
Combustibles fósiles e fontes renovables
O primeiro uso industrial da enerxía hidráulica para a xeración de electricidade alimentaba mediante unha turbina forón dezaseis lámpadas de arco da fábrica Wolverine en Grand Rapids, Míchigan (Estados Unidos, 1880). A primeira central hidroeléctrica entrou en funcionamento ese mesmo ano en Northumberland, Gran Bretaña, e a primeira cidade en ter unha subministración eléctrica foi Godalming, en Surrey (Inglaterra), ese mesmo ano, a corrente alterna cun alternador Siemens e unha dinamo conectada a unha roda hidráulica, que funcionou só tres anos.
Dous anos máis tarde abriuse a primeira central hidráulica estadounidense no río Fox en Appleton, Wisconsin. O mesmo ano (1882), Edison abría a primeira central eléctrica urbana comercial. Non utilizaba fontes renovables, senón a xeración térmica a petróleo (con tres veces maior eficiencia que os modelos anteriores, non comerciais), en Pearl Street (Nova York), de 30 kW de potencia a 220-110 V de corrente continua. En 1895, o seu competidor, Westinghouse, abre a primeira central de corrente alterna no Niágara. A desconfianza de Edison cara á corrente alterna mantívose ata 1892 e ata finais do século XIX usábase principalmente corrente continua para a iluminación. O desenvolvemento do xerador eléctrico e o perfeccionamento da turbina hidráulica responderon ao aumento da demanda de electricidade do século XX, de modo que desde 1920 a porcentaxe da hidroelectricidade na produción total de electricidade era xa moi significativo. Desde entón a tecnoloxía das principais instalacións non variou substancialmente. Unha central hidroeléctrica é aquela que se utiliza para a xeración de enerxía eléctrica mediante o aproveitamento da enerxía potencial da auga embalsada nun encoro situada a un nivel máis alto que a central. A auga levase por unha tubaxe de descarga á sala de máquinas da central, onde mediante enormes turbinas hidráulicas prodúcese a xeración de enerxía eléctrica en alternadores.
As dúas características principais dunha central hidroeléctrica, desde o punto de vista da súa capacidade de xeración de electricidade son: A potencia, que é función do desnivel existente entre o nivel medio do encoro e o nivel medio das augas debaixo da central, e do caudal máximo turbinable, ademais das características da turbina e do xerador.
A enerxía garantida nun lapso de tempo determinado, xeralmente un ano, que está en función do volume útil do encoro, da pluviometría anual e da potencia instalada.
Esta forma de obter enerxía eléctrica non está libre de problemas ambientais ao necesitar a construción de grandes encoros nos que acumular a auga, modificando o paisaxe e os anteriores usos, tanto naturais como humanos, da auga e a contorna afectada. Proxectos xigantescos (encoro de Asuán en Exipto, de Itaipú entre o Brasil e Paraguai, ou das Tres Gargantas na China) teñen repercusións de todo tipo, e ata a súa viabilidade a longo prazo é cuestionada. As minicentrais hidráulicas adoitan ser mellor consideradas desde ese punto de vista, aínda que a súa capacidade de xeración é moito máis limitada. Actualmente atópase en desenvolvemento a explotación comercial da conversión en electricidade do potencial enerxético que ten a ondada do mar, nas chamadas Centrais mareomotrices. Estas utilizan o fluxo e reflujo das mareas. En xeral poden ser útiles en zonas costeiras onde a amplitude da marea sexa ampla, e as condicións morfolóxicas da costa permitan a construción dunha presa que corte a entrada e saída da marea nunha baía. Xérase enerxía tanto no momento do enchido como no momento do baleirado da baía.
Outras enerxías renovables, como a enerxía solar; teñen unha historia moi anterior á súa utilización como xeradoras de electricidade, e ata neste campo xurdiron tecnoloxías xa no século XIX: solar con Alexandre Edmond Becquerel en 1839 e Augustin Mouchet en 1861; eólica desde 1881, aínda que o desenvolvemento de rotores verticais eficaces chegou con Klemin, Savoius e Darrieus, deseñados en 1925, 1929 e 1931).
O impulso actual das enerxías renovables provén das necesidades enerxéticas da crise do petróleo de 1973 e, máis recentemente, do feito de que non emitan gases causantes de efecto invernadoiro, contrariamente aos combustibles fósiles (carbón, petróleo ou gas natural). A produción de electricidade solar e, sobre todo, eólica está en forte auxe aínda que non desenvolveu todo o seu potencial.
As tecnoloxías utilizadas nas centrais termoeléctricas que utilizan combustibles fósiles perfeccionáronse, tanto para obter unha maior eficiencia enerxética (ciclo combinado) como para reducir o seu impacto contaminante (choiva aceda). Con todo, a supresión das emisións de gases de efecto invernadoiro mediante a captura e almacenamento de carbono) aínda non foi desenvolvida industrialmente e constitúe un tema controvertido.
A pila de combustible ligada ás tecnoloxías do hidróxeno é un dos últimos deseños propostos para a substitución das enerxías tradicionais.
Robótica e máquinas CNC
Unha das innovacións máis importantes e transcendentais na produción de todo tipo de obxectos na segunda metade do século XX foi a incorporación de robots, autómatas programables e máquinas guiadas por control numérico por computadora (CNC) nas cadeas e máquinas de produción, principalmente en tarefas relacionadas coa manipulación, trasfega de obxectos, procesos de mecanizado e soldadura. Estas innovacións tecnolóxicas foron viables entre outras cousas polo deseño e construción de novas xeracións de motores eléctricos de corrente continua controlados mediante sinais electrónicos de entrada e saída, e o xiro que poden ter en ambos os sentidos, así como a variación da súa velocidade de acordo coas instrucións contidas no programa de computador que os controla. Nestas máquinas utilízanse tres tipos de motores eléctricos: motores paso a paso, servomotores ou motores encoder e motores lineais. O primeiro desenvolvemento na área do control numérico por computadora (CNC) realizouno o inventor norteamericano John T. Parsons (Detroit 1913-2007) xunto co seu empregado Frank L. Stulen, na década de 1940, realizando a primeira demostración práctica de ferramenta con movemento programado en 1952.
A robótica é unha rama da tecnoloxía (e que integra o álxebra, os autómatas programables, as máquinas de estados, a mecánica, a electrónica e a informática), que estuda o deseño e construción de máquinas capaces de desempeñar tarefas repetitivas, tarefas nas que se necesita unha alta precisión, tarefas perigosas para o ser humano ou tarefas irrealizables sen intervención dunha máquina. Esas máquinas, os robots manteñen a conexión de retroalimentación intelixente entre o sentido e a acción directa baixo o control dun ordenador previamente programado coas tarefas que ten que realizar. As accións deste tipo de robots son xeralmente levadas a cabo por motores ou actuadores que moven extremidades ou impulsan ao robot. Cara a 1942, Isaac Asimov dá unha versión humanizada a través da súa coñecida serie de relatos, nos que introduce por primeira vez o termo robótica co sentido de disciplina científica encargada de construír e programar robots. Ademais, este autor expón que as accións que desenvolve un robot deben ser dirixidas por unha serie de regras morais, chamadas as Tres leis da robótica.
Os robots son usados hoxe en día (2008) para levar a cabo tarefas sucias, perigosas, difíciles, repetitivas ou embotadas para os humanos. Isto usualmente toma a forma dun robot industrial usado nas liñas de produción. Outras aplicacións inclúen a limpeza de residuos tóxicos, exploración espacial, minería, procura e rescate de persoas e localización de minas terrestres. A manufactura continúa sendo o principal mercado onde os robots son utilizados. En particular, robots articulados (similares en capacidade de movemento a un brazo humano) son os máis usados comunmente. As aplicacións inclúen soldado, pintado e carga de maquinaria. A industria automovilística tomou gran vantaxe desta nova tecnoloxía onde os robots foron programados para substituír o traballo dos humanos en moitas tarefas repetitivas. Recentemente, logrouse un grande avance nos robots dedicados á medicina que utiliza robots de última xeración en procedementos de cirurxía invasiva mínima. A automatización de laboratorios tamén é unha área en crecemento. Os robots parecen estar abaratándose e empequenecendose en tamaño, todo relacionado coa miniaturización dos compoñentes electrónicos que se utilizan para controlalos. Tamén, moitos robots son deseñados en simuladores moito antes de que sexan construídos e interactúen con ambientes físicos reais.
Láser
En 1960 o físico norteamericano Charles Hard Townes (1915 -) realizou na Universidade de Columbia o descubrimento que lle proporcionaría o seu salto á fama científica: foi descrito como Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation (máser) (amplificador de microondas pola emisión estimulada de radiación (en galego)). Con todo foi o físico norteamericano Gordon Gould (1920-2005) quen patentou os primeiros láseres para usos industriais e militares, a pesar de que houbo moitos preitos porque varios científicos estaban estudando a posibilidade de tecnoloxías similares a partir das teorías desenvolvidas por Einstein sobre a emisión estimulada de radiación. Iso foi así porque Gould foi o científico que primeiro o fabricou e púxolle o nome: LASER -siglas do inglés- Lixeiro Amplification by Stimulated Emission of Radiation (Amplificación de Luz por Emisión Estimulada de Radiación (en galego)) No entanto, foi a Charles Hard Townes a quen lle foi concedido o premio Nobel de Física en 1964.
Un láser é un dispositivo que utiliza un efecto da mecánica cuántica, a emisión inducida ou estimulada, para xerar un feixe de luz coherente dun medio adecuado e co tamaño, a forma e a pureza controlados. O tamaño dos láseres varía amplamente, desde díodos láser microscópicos con numerosas aplicacións, ao láser de cristais dopados con neodimio cun tamaño similar ao dun campo de fútbol, usado para a fusión de confinamento inercial, a investigación sobre armamento nuclear ou outros experimentos físicos nos que se presenten altas densidades de enerxía. Desde a súa invención en 1960 volvéronse omnipresentes e pódense atopar en miles de variadas aplicacións en calquera sector da sociedade actual, incluíndo campos tan dispares como a electrónica de consumo e as tecnoloxías da información (sistemas de lectura dixital dos discos duros, os CD e os DVD e do código de barras), ata análises científicas e métodos de diagnóstico en medicina, así como o mecanizado, soldadura ou sistemas de corte en sectores industriais e militares.
Electrificación dos ferrocarrís
Unha das aplicacións máis significativas da electricidade foi a case total electrificación dos ferrocarrís nos países máis industrializados. A primeira fase deste proceso, máis xeneralizada que a segunda, foi a substitución das locomotoras que utilizaban carbón, polas locomotoras chamadas diésel que usan combustible obtido do petróleo. As locomotoras diésel-eléctricas consisten basicamente en dous compoñentes: un motor diésel que move un xerador eléctrico e varios motores eléctricos (coñecidos como motores de tracción) que comunican ás rodas (pares) a forza tractiva que move á locomotora. Xeralmente hai un motor de tracción por cada eixo, sendo xeralmente 4 ou 6 nunha locomotora típica. Os motores de tracción aliméntanse con corrente eléctrica e logo, por medio de engrenaxes, moven as rodas. No caso das locomotoras diésel non fai falta que as vías estean electrificadas, e xa se usan en case todas as vías do mundo estean as vías electrificadas ou non.
O seguinte avance tecnolóxico foi a posta en servizo de locomotoras eléctricas directas, as que usan como fonte de enerxía a enerxía eléctrica procedente dunha fonte externa, para aplicala directamente a motores de tracción eléctricos. As locomotoras eléctricas requiren a instalación de cables eléctricos de alimentación ao longo de todo o percorrido, que se sitúan a unha altura por encima dos trens a fin de evitar accidentes. Esta instalación coñécese como catenaria. As locomotoras toman a electricidade por un trole, que a maioría das veces ten forma de pantógrafo e como tal se coñece. O custo da instalación de alimentación fai que a tracción eléctrica soamente sexa rendible en liñas de gran tráfico, ou ben en vías con gran parte do percorrido en túnel baixo montañas ou por baixo do mar, con dificultades para a toma de aire para a combustión dos outros tipos de motor. Nos anos 1980 integráronse como propulsores de vehículos eléctricos ferroviarios os motores asíncronos ou de indución, e apareceron os sistemas electrónicos de regulación de potencia que deron o empuxón definitivo á elección deste tipo de tracción polas compañías ferroviarias. As dificultades de aplicar a tracción eléctrica en zonas con climatoloxía extrema fan que neses casos, sígase utilizando a tracción diésel, xa que a neve intensa e a súa filtración por ventiladores ás cámaras de alta tensión orixinan derivacións de circuítos eléctricos que deixan inservibles estas locomotoras mentres dure o temporal. As baixas temperaturas tamén afectan de diferente xeito ao cable de contacto da catenaria que perde a condutividad durante intervalos de tempo.
O fito dos trens eléctricos constitúeno os chamados trens de alta velocidade cuxo desenvolvemento foi o seguinte: 1964 O Shinkansen ou tren bala xaponés foi o primeiro tren de alta velocidade en utilizar un trazado propio, e inaugurouse para os Xogos Olímpicos de Toquio 1964.
1979 Un tren de levitación magnética instalouse por primeira vez en Hamburgo para a Exhibición Internacional do Transporte (IVE 79), desenvolvendo patentes anteriores. Houbo probas posteriores de trens similares en Inglaterra e hoxe en día operan comercialmente liñas no Xapón e a China. Combínanse co sistema de monorraíl.
1981 O Tren de Gran Velocidade (en francés: Train à Grande Vitesse), coñecido como TGV, é un tipo de tren eléctrico de alta velocidade desenvolvido pola empresa francesa Alstom para facer inicialmente o percorrido entre París e Lión. O TGV é un dos trens máis veloces do mundo, operando nalgúns tramos a velocidades de ata 320 km/h tendo a marca de maior velocidade media nun servizo de pasaxeiros e o de maior velocidade en condicións especiais de proba. En 1990 alcanzou a velocidade de 515, 3 km/h, e no 2007 superou o seu propio rexistro ao chegar aos 574, 8 km/h na liña París-Estrasburgo.
Electromedicina
Os raios X foron descubertos en 1895 polo físico alemán Wilhelm Röntgen, quen descubriu que o bombardeo de átomos metálicos con electróns de alta velocidade produce a emisión de radiacións de grande enerxía. Combinados coas tecnoloxías da fotografía, os raios X permitiron obter imaxes de partes interiores do corpo humano antes inaccesibles sen mediar cirurxía. A partir dese momento convertéronse en imprescindibles medios de diagnóstico, formando parte esencial do campo denominado electromedicina.
O seu uso principal en diagnóstico médico, por ser as máis fáciles de visualizar, foi a observación das estruturas óseas. A partir da xeneralización desta práctica desenvolveuse a radioloxía como especialidade médica que emprega a radiografía como medio de diagnóstico, que segue sendo o uso máis estendido dos raios X. En desenvolvementos posteriores engadíronse a tomografía computadorizada (TAC, en 1967, por un equipo dirixido polos enxeñeiros Godfrey Newbold Hounsfield e Allan M. Cormack, premios Nobel de Medicina en 1979), a resonancia magnética (descuberta como principio en 1938 e aplicada á imaxe de diagnóstico por Paul Lauterbur e Peter Mansfield, premios Nobel de 2003) e a anxiografía (utilizada desde 1927 polo portugués António Egas Moniz, gañador do premio Nobel en 1949, e desenvolvida de forma máis segura pola técnica Seldinger desde 1953); así como a utilización terapéutica da radioterapia.
Os ultrasóns foron utilizados por primeira vez en medicina polo estadounidense George Ludwig, a finais dos anos 1940, mentres que a ecografía foi desenvolvida en Suecia polos cardiólogos Inge Edler e Carl Hellmuth Hertz (fillo e sobriño neto dos famosos físicos), e no Reino Unido por Ian Donald e o equipo de ginecología do hospital de Glasgow.
Aplícanse outras tecnoloxías electromédicas na cardioloxía, tanto en diagnóstico (electrocardiograma, utilizado desde 1911, que valeu o premio Nobel de 1924 a Willem Einthoven) como en tratamentos (desfibrilador) e próteses: (os marcapasos e o corazón artificial). Tamén en áreas como os problemas de audición (mediante os audífonos) ou o diagnóstico e tratamento de problemas neurolóxicos e neurofisiolóxicos.
Equipáronse os quirófanos e unidades de rehabilitación e coidados intensivos (UVI) ou (UCI) con equipos electrónicos e informáticos de alta tecnoloxía. Melloráronse os equipamentos que realizan análises clínicas e desenvolvéronse microscopios electrónicos de gran resolución.
Telecomunicacións e Internet
O auxe das telecomunicacións empeza cando se sitúan no espazo exterior os primeiros satélites de comunicacións, satélites artificiais situados en órbita ao redor da Terra que transmiten ondas electromagnéticas; pero este punto culminante tivo a súa prehistoria: O termo telecomunicación foi definido oficialmente por primeira vez en 1932 durante unha conferencia internacional que tivo lugar en Madrid ("toda transmisión, emisión ou recepción, de signos, sinales, escritos, imaxes, sons ou informacións de calquera natureza por fío, radioelectricidad, medios ópticos ou outros sistemas electromagnéticos"). A base matemática sobre a que se desenvolven as telecomunicacións dependentes da electricidade é moi anterior: foi desenvolvida por Maxwell, quen xa predixo que era posible propagar ondas polo espazo libre utilizando descargas eléctricas (prefacio de Treatise on Electricity and Magnetism, 1873), feito que corroborou Heinrich Hertz co primeiro transmisor de radio xerando radiofrecuencias entre 31 MHz e 1. 25 GHz (1887). No entanto, o inicio da era da comunicación rápida a distancia xa comezara na primeira metade do século XIX co telégrafo eléctrico, ao que se engadiron máis tarde o teléfono e a revolución da comunicación inalámbrica coas ondas de radio. A principios do século XX apareceu o teletipo que, utilizando o código Baudot, permitía enviar e recibir texto en algo parecido a unha máquina de escribir. En 1921 a wirephoto ou telefoto permitiu transmitir imaxes por teléfono (xa se fixo telegráficamente desde a Exposición Universal de Londres de 1851 e comercialmente desde 1863), e a partir de entón comercializouse o fax por AT&T. Esta mesma compañía norteamericana desenvolveu desde 1958 distintos tipos de aparellos dixitais precedentes do módem para as comunicacións telefónicas, que máis tarde se aplicaron á transmisión de datos entre computadoras e outros dispositivos. Nos anos 1960 comeza a ser utilizada a telecomunicación no campo da informática co uso de satélites de comunicación e as redes de conmutación de paquetes.
Un satélite actúa basicamente como un repetidor situado no espazo: recibe os sinais enviados desde a estación terrestre e as reemite a outro satélite ou de volta aos receptores terrestres. Os satélites son postos en órbita mediante foguetes espaciais que os sitúan circundando a Terra a distancias relativamente próximas fóra da atmosfera. As antenas utilizadas preferentemente nas comunicacións vía satélites son as antenas parabólicas, cada vez máis frecuentes nas terrazas e tellados das nosas cidades. Teñen forma de parábola e a particularidade de que os sinais que inciden sobre a súa superficie reflíctense e inciden sobre o foco da parábola, onde se atopa o elemento receptor.
Coa posta en marcha dos satélites de comunicacións foi posible dispor de moitas canles de televisión, o impresionante desenvolvemento da telefonía móbil e de Internet. Internet é un método de interconexión descentralizada de redes de computadores postos en funcionamento nun conxunto de protocolos denominado TCP/IP e garante que redes físicas heteroxéneas funcionen como unha rede lóxica única, de alcance mundial. As súas orixes remóntanse a 1969, cando se estableceu a primeira conexión de computadoras, coñecida como ARPANET, entre tres universidades en California e unha en Utah, Estados Unidos.
O século XXI está vivindo os comezos da interconexión total á que converxen as telecomunicacións, a través de todo tipo de dispositivos cada vez máis rápidos, máis compactos, máis poderosos e multifuncionais. Xa non é necesario establecer enlaces físicos entre dous puntos para transmitir a información dun punto a outro. Debido á gran velocidade de propagación das ondas electromagnéticas, as mensaxes enviadas desde calquera punto da superficie terrestre ou da súa atmosfera recíbense case simultaneamente en calquera outro.