Revista Digital de Ciencias Bezmiliana ISSN:1989-497X

Fernando Rivero Garrayo

(Catedrático de Didáctica de las Ciencias Experimentales; Universidad de Sevilla)

Todos los experimentos y resultados de sus investigaciones electromagnéticas, a las que dedicó un cuarto de siglo, junto con otros trabajos sobre electricidad, los publicó Faraday en su principal y fundamental obra "Experimental Researches in Electricity" (“Investigaciones experimentales en Electricidad"), que aparecieron sucesivamente en tres volúmenes durante los años 1839, 1844 y 1855.

 

 

Faraday continuó con su incansable tesón tratando de desentrañar los aspectos más oscuros del electromagnetismo. Ello le llevó a introducir unas concepciones teóricas tan fructíferas que hoy, al cabo de siglo y medio, siguen apareciendo en los libros de texto de física de todos los niveles de enseñanza. Se trata de las líneas de fuerza eléctricas y magnéticas, que configuran los correspondientes campos eléctricos y magnéticos. Las líneas de fuerza las introdujo Faraday en 1837 - aunque en el caso particular de las magnéticas, ya trató de ellas el médico y físico inglés William GILBERT (1544-1603) en su obra "De Magnete"-; son las imágenes más intuitivas que se pueden dar de las direcciones e intensidades (estas últimas vienen dadas por el número de líneas de fuerza por unidad de superficie de una sección transversal) de las fuerzas engendradas por una masa, una carga eléctrica o un polo magnético en el espacio que les rodea -los campos gravitatorio, eléctrico o magnético, respectivamente-. Faraday consideraba sus líneas de fuerza como hilos invisibles que actuaban entre cuerpos cargados eléctricamente o entre cuerpos magnetizados, mientras que su noción de campo se basaba en " un estado intrínseco de tensión del espacio, que posee una cierta energía y que puede ejercer fuerzas sobre cuerpos adecuados". Este monumento científico lo llevó a cabo con su gran intuición física;. el darle expresión matemática se debe a su compatriota MAXWELL - había nacido el mismo año, 1831, en que Faraday descubrió la inducción -, uno de los físicos de mayor importancia, a pesar de su corta vida. (Para Einstein, en Física había habido dos parejas de genios: una, de físicos experimentales, Galileo y Faraday, y otra de teóricos, Newton y Maxwell). Fue Maxwell el que coronó el gran edificio de la Electricidad clásica, como dijimos al principio, con sus ecuaciones del campo electromagnético y su teoría electromagnética de la luz; aunque también llevó el "éter" clásico a 1a categoría de concepto fundamental de la física, y que fue campo de batalla de los físicos de finales del siglo XIX y principios del XX, hasta que los experimentos sobre la velocidad de la luz (1887) de los norteamericanos Michelson y Morley, y la teoría relativista (1905) de Einstein lo arrojaron por la borda. Pero las ideas de Faraday sobre el campo electromagnético tienen un alcance mayor del que a primera vista parece, pues implícitamente dan una importancia capital al medio existente entre cargas, conductores o imanes, desterrando de 1a física la “acción a distancia” de Newton, lo que fue corroborado por Einstein con su teoría de la Relatividad general.

 

Estos trabajos de Faraday minimizan otras investigaciones suyas, como son las electrostáticas, que a otros científicos les reportaron fama. En este tema, empezó por demostrar experimentalmente la identidad de los distintos tipos de electricidad, es decir, la originada por diversos medios. Faraday consideró cinco clases distintas de producción de electricidad: voltaica, de origen electroquímico; por frotamiento en una máquina electrostática; de origen animal, como en el pez torpedo; por inducción electromagnética; y termoeléctrica, producida cuando las uniones de dos metales diferentes se someten a temperaturas distintas ("efecto Seebeck", 1821). Todas estas variedades, aparentemente distintas, de electricidad manifestaron efectos cualitativos y cuantitativos análogos, lo que le confirmó en su hipótesis. Faraday estudió ampliamente distintos aspectos de la electrostática durante el año de 1835 y posteriores. Así, comprobó la distribución de las cargas eléctricas en la superficie de los conductores; para ello, se introdujo, con muchos aparatos para detectar la electrización, dentro de una gran caja cúbica, de tres metros de lado, recubierta exteriormente con papel de estaño y aislada en su base, y no observó ninguna carga eléctrica en el interior de la caja, mientras que del exterior fuertemente cargado salían grandes chispas. Con ello, inventó la que se llama jaula de Faraday, que sirve para aislar el interior de un conductor de la electricidad que procede del exterior. Otro avance importante en la electrostática es el relacionado con los "dieléctricos" – cuerpos malos conductores de la electricidad; el nombre se debe a él -, consiguiendo demostrar el efecto que producen éstos en 1a electricidad almacenada: construyó un condensador esférico, en el que podía cambiar el dieléctrico y midió, para muchas sustancias, 1o que llamó "poder específico inductor" - que Maxwell denominó "constante dieléctrica", y que actualmente también se le da el nombre de "permitividad" -; de aquí obtuvo el concepto de "capacidad inductiva específica", que posteriormente condujo al concepto de "capacidad eléctrica", a cuya-unidad se le dio, en su honor, el nombre de faradio (un faradio = un culombio de carga eléctrica / un voltio de tensión eléctrica).


 

En el año 1838 empezó Faraday a investigar la descarga eléctrica en aire a baja presión, descubriendo una zona oscura cerca del cátodo o polo negativo - espacio oscuro de Faraday -, sugiriendo que en esta descarga quizá se produjera un cuarto estado de la materia, lo que William CROOKES creyó encontrar cuando en 1877 descubrió e investigó las propiedades de los rayos catódicos. Estos trabajos de Faraday fueron un antecedente remoto de las descargas en los actuales tubos fluorescentes de los anuncios luminosos y de 1a emisión de electrones en los tubos de vacío de los televisores.

Después de los intensos trabajos reseñados, llevados a cabo en la década de los años treinta, Faraday tuvo un gran agotamiento psíquico, un estrés que le originó una gran pérdida de la memoria y que le tuvo alejado de la investigación durante casi dos años. Algo parecido le había ocurrido siglo y medio antes a Newton, que tuvo también una época de excesivo trabajo intelectual, y, como a Faraday, hay quien atribuye como causa del agotamiento al lento envenenamiento producido por productos químicos, pues ambos trabajaron con ellos durante bastantes años. Faraday tuvo también que dejar de hacer vida social, retirándose a descansar a una casa de campo y realizando un viaje por Suiza, durante el cual llevó una vida sana por medio del descanso intelectual y de una moderada actividad física - a veces los paseos se prolongaban tanto, que llegaba a andar en un día hasta cincuenta kilómetros -. En 1844, cuando había alcanzado los 53 años de edad, empieza 1a tercera etapa de su vida científica. Ya no era intelectualmente lo que había sido hasta entonces; la actividad experimental disminuyó bastante, su creatividad se resintió de la labor agotadora de las dos décadas anterior-es, y, sin embargo, los pocos descubrimientos que realizó hasta el final de su vida mostraron, como veremos, la chispa del genio.



Los primeros trabajos de investigación que realiza en este tercer periodo corresponden a la influencia de los campos eléctrico y magnético sobre la luz; en el primer caso no consigue ningún logro, pero en el segundo hace un descubrimiento importante: la rotación del plano de polarización de la luz por la acción de un campo magnético (efecto Faraday), lo que sirvió de base a Maxwell para su tan citada teoría electromagnética de la luz. Este descubrimiento lo hizo en un vidrio pesado, de borosilicato de plomo, que había inventado hacía tiempo, durante los años 1825-29. Durante los años siguientes, se dedica al gran descubrimiento, realizado en 1845, del diamagnetismo en el bismuto, cobre y fósforo, además de en su famoso vidrio pesado. E1 diamagnetismo, como le llamó Faraday, consiste en la propiedad de ciertas sustancias de colocarse perpendicularmente a 1as 1ineas de fuerza de un campo magnético y ser repelidas por un potente imán: esta paradójica propiedad - pues hasta entonces se creía simplemente que los cuerpos o eran atraídos, como el hierro, o no sufrían ningún efecto por parte de un imán - es opuesta a la que denominó paramagnetismo, en la que las sustancias, como el cromo o platino, se colocan en la dirección de las líneas de fuerza y son atraídas, aunque débilmente, por un imán ( el caso particular de ciertos metales como el hierro y algunas aleaciones especiales que son atraídos fuertemente por un imán constituye el llamado ferromagnetismo ). De estos experimentos sacó la conclusión de que el magnetismo es una propiedad general de la materia y vislumbró una teoría electromagnética de las radiaciones, que esbozó audazmente en una de sus conferencias publicas en 1846 ("Pensamientos sobre vibraciones de los rayos"), pero que no fue desarrollada y justificada hasta dieciocho años más tarde por Maxwell. Incluso intentó Faraday establecer (1849) una relación entre el electromagnetismo y la gravedad, pero sus experimentos fracasaron. Esto no es nada extraño, pues casi un siglo más tarde el genio de la física teórica, Einstein, trató de hallar tal relación en forma de una "teoría del campo unificado"… y ¡también fracasó!, después de varios años de intensos trabajos. Actualmente, los físicos nucleares intentan llegar a formular una "teoría de la gran unificación" de todas las fuerzas de la naturaleza - gravitatoria, electromagnética, nuclear débil y nuclear fuerte -, sin que sus grandes formulaciones matemáticas hayan dado con la solución definitiva. La solución está cerca, según dicen, pero no se deja aprehender.


 

Como ya dijimos, Faraday rechazó la teoría atómica de su época (en esto no era el único, pues dos científicos posteriores, el físico y filósofo de la ciencia Ernst Mach y el químico-físico Wilhelm Ostwald, ambos alemanes, también la rechazaron a finales del siglo XIX, cuando las pruebas de 1a existencia del átomo eran bastante concluyentes). Ello se debía a que Faraday consideraba a 1a materia como un continuo, de acuerdo con sus ideas de la acción electromagnética por contacto y no como una acción a distancia con vacíos intercalados entre corpúsculos ("Especulación tocante a la conducción eléctrica y a la naturaleza de la materia", 1844), llegando a admitir la existencia real de las líneas de fuerza que actuaban entre la materia que llenaba el espacio ("El carácter físico de las líneas de fuerza magnéticas", 1852) .

Durante estos años, Faraday realizó otros descubrimientos de menor importancia, como, por ejemplo, el rehielo y la obtención de oro rojo. E1 primero consiste en volver a formarse hielo después de licuarse, por efecto de la presión, y tiene importancia en la formación de bolas de nieve y en los glaciares, permitiendo a éstos moverse lentamente. En cuanto al "oro rojo", es un líquido con oro coloidal y se encuentra en vidrios de color rubí. Estas dos investigaciones fueron proseguidas con éxito por su sucesor como director de 1a Royal. Institution, el físico John TYNDALL (1820-1893).

En 1857 rehusó Faraday la presidencia de la Royal Society, pues, aparte de no sentirse con fuerzas para estar al frente de ella, ésta se había convertido más bien en una sociedad honorífica para las personas de cierto rango social, con lo que no estaba de acuerdo (durante los años que había pertenecido a ella apenas había asistido a sus reuniones). Su última investigación tiene fecha de 12 de marzo de 1862, es decir, cuando le faltaba poco para cumplir los setenta y un años; se trataba de la acción de un campo magnético sobre la refracción de la luz, no observando ningún efecto (con aparatos más adecuados, fue observado a finales de siglo por Zeeman). Unos años antes, en 1858, la reina Victoria, a petición de su ilustrado esposo, el príncipe Alberto, premió la labor de toda su vida donándole en Hampton Court, cerca de la residencia real, en las afueras de Londres, una confortable residencia para su vejez. En 1860 dio 1a última serie de conferencias para jóvenes, a las que había sido fiel toda su vida, pues para ellas instauró en la Royal. Institution sus muy populares "Christmas Juvenile Lectures" ("Conferencias de Navidad para jóvenes") - en una de estas conferencias, precisamente, dio una famosa sobre la combustión, que originó posteriormente el folleto titulado "The Chemical History of a Candle" ("Historia química de una bujía", 1862) -. También había establecido, desde 1826 y para los miembros de la citada institución, los "Friday Evening Disrcourses" ("Discursos de las tardes de los viernes"), muy apreciados porque en ellos se exponían las cuestiones científicas de reciente actualidad. En estas series de conferencias Faraday brilló a una gran altura como orador y experimentador, como lo atestiguaron asistentes a las mismas.


 

Las facultades físicas y mentales de Faraday iniciaron en estos últimos años de su vida un lento pero progresivo descenso, hasta su fallecimiento en Hampton Court el 25 de agosto de 1867, cuando estaba sentado ante su escritorio. Un final digno de quien, durante prácticamente los 76 años que vivió estuvo trabajando, sin apenas momentos de descanso. De esta labor incansable salió el fruto de una cantidad enorme de trabajos. Además de las obras nombradas en el texto, se pueden citar “Manipulación química" (1827) , en 1a que, como su título indica, trata de los trabajos prácticos en un laboratorio químico; "Investigaciones experimentales en Química y Física" (1859), resumen de sus investigaciones sobre .estas materias; y un centenar de Memorias publicadas en revistas científicas. Pero, no es esto todo; desde 1820 a 1862, sin interrupción, registró diariamente, fechadas y numeradas correlativamente, sus notas de las investigaciones que realizaba, ocupando unas cuatro mil páginas. La Royal Institution - a la que tantos esfuerzos, como hemos visto, dedicó Faraday -, publicó en siete volúmenes estas notas con el título de "Diario de Faraday" (1932-36), con motivo de una conferencia internacional para celebrar el centenario de 1a ley de 1a inducción descubierta por él, y de tanta trascendencia posterior.

 

(Fin de la Segunda Parte de la biografía de Faraday)



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