Como la mecánica fue la primera teoría de la física en desarrollarse, sirvió naturalmente como modelo en todo trabajo futuro. En algún momento existió el deseo y la ilusión de reducir toda la física a la mecánica (la unificación es una idea sencilla y atractiva que siempre vamos a encontrar a lo largo de la historia). La electricidad y el magnetismo constituye otro pilar fundamental de la física que no puede ser reducido en términos de la mecánica. En el momento que ocurre la muerte de Sir Isaac Newton en 1727, cuando la mecánica estaba tomando su aspecto moderno, la mayor parte de los fenómenos relacionados con la electricidad tenían que ser descubiertos todavía. La fenomenología de la electrostática y magnetostática sería desentrañada principalmente en el Siglo XVIII.

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Desde la antigüedad los primeros fenómenos relacionados con la electricidad se observaron en materiales que podían atraer pequeños pedazos de papel y paja, después de haber sido frotados con ciertos tejidos. Para explicar estos fenómenos surgieron ideas cargadas de fantasía y que prácticamente colindaban con la magia. En relación a esto es importante el papel jugado por Tales de Mileto (hacia el 580 A. C.), quien conecta el mundo de los mitos con el de la razón. Tales toma el agua como el constituyente fundamental de todo lo material. Esta escogencia no resulta del todo extraña por la dinámica que esta sustancia exhibe y la relación que tiene con la materia viva. Para Tales el universo entero podía visualizarse como un organismo viviente caracterizado por exhalaciones de agua. De manera consistente, hay afirmaciones citadas por Aristóteles que tradicionalmente se han atribuido a Tales, como «la piedra imán tiene alma porque atrae el hierro» y «todas las cosas están llenas de los dioses». Diógenes Laertes cita un comentario de Aristóteles, donde este último se refiere a que Tales le atribuye vida aún a lo inanimado cuando discute acerca del comportamiento del ámbar (escrito como y se pronuncia «electrón» en griego) y de la piedra imán o magnetita (que en griego se escribe como ), muy abundante en la región de Magnesia que queda al este de Tesalia.

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La importancia del intento de Tales no radica en su elección del agua como substancia fundamental sino en tratar de explicar el comportamiento de la naturaleza a través de la simplificación de los fenómenos y en buscar las causas de los mismos dentro de la misma naturaleza más que en los caprichos de dioses antropomórficos. A este respecto Aristóteles dice que «para Tales la pregunta fundamental no es que es lo que sabemos, sino cómo lo sabemos.»

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El uso de imanes para propósitos de navegación no se conoció en la antigüedad clásica. Preguntas fundamentales sobre la invención de la brújula no pueden responderse con absoluta certidumbre en la actualidad. Hasta principios de siglo la idea aceptada era que la brújula había tenido su origen en China, posteriormente fue llevada de alguna manera por los árabes a la región mediterránea y de allí pasa a Europa en la época de las cruzadas. Esta teoría perdió considerable soporte por recientes evidencias de que los barcos chinos del siglo IX fueron parte de una gran actividad comercial en el mar Rojo y el golfo Pérsico y carecían de brújulas de cualquier tipo. Igualmente se encontró que los chinos comenzaron a notar las propiedades direccionales de los imanes al final del siglo XI y no los usaron para propósitos de navegación hasta finales del siglo XIII. Al mismo tiempo no hay evidencia tangible de que los árabes hayan tenido que ver con la transmisión de este conocimiento. La primera referencia escrita de una brújula la encontramos en el trabajo De Utensilibus, probablemente escrito en 1187 por Alexander Neckam (1157-1217). En tal trabajo no se habla de la brújula como algo nuevo y de hecho se describe como una aguja que llevaban a bordo las embarcaciones para mostrarle a los marineros el curso a seguir cuando la estrella polar no podía verse. Resulta muy probable que para antes del año 1187 la brújula se conociera en la Europa del Noroeste y ciertamente para el siglo XIII su uso estaba completamente difundido tanto en Europa como en China.

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El magnetismo es una de las ciencias que hace considerables progresos durante la edad media. En el siglo XIII, Petrus Peregrinus de Maricourt, natural de Picardie, Francia, hace un sorprendente hallazgo que queda registrado en su tratado de 1269 conocido como Epistola de Magnete. Maricourt toma una piedra imán a la cual se la había dado forma redonda y le aproxima una aguja que se orienta inmediatamente por la acción de la piedra imán. Cuando la aguja se detiene, Maricourt traza una línea sobre la piedra imán redondeada. Después repite la operación en otras partes del imán y cuando tiene trazadas un buen número de ellas sobre su superficie, el patrón que aparece corresponde a círculos máximos que resultan ser completamente análogos a los meridianos terrestres y se cortan en dos puntos extremos del imán. Sorprendido por la analogía con el globo terráqueo, Maricourt denomina polos a estos dos puntos particulares de la piedra imán. En experimentos posteriores encuentra que la forma en la que los imanes se atraen entre sí está determinada solamente por la posición de sus polos, como si estos constituyeran el asiento de lo que se pensaba en la época era el poder magnético. Estos conceptos van a jugar un importante papel en el desarrollo de las teorías de polarización posteriores.

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El estudio sistemático de los fenómenos eléctricos ocurre en el Siglo XVII con el trabajo de William Gilbert (1544-1603) en Inglaterra. La investigación de Gilbert sobre fenómenos magnéticos esta compendiada en su gran tratado De Magnete⁴, el cual fue publicado por primera vez tres años antes de su muerte.

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Fig. 1. William Gilbert (1544-1603), pionero en el estudio moderno de los fenómenos eléctricos y magnéticos.

Se puede decir que el estudio moderno de la electricidad y el magnetismo comienza con sus trabajos experimentales, que duraron más de 15 años y le costó a Gilbert una buena parte de su fortuna personal. Realizó importantes experimentos tales como construir una terrella (un modelo a escala de la Tierra hecho de magnetita, ver fig. 2) para mostrar como una aguja magnética colocada en su superficie debía apuntar a los polos opuestos, experimento con el cual confirmaba su suposición de que la Tierra podía verse como un imán gigantesco.

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Fig. 2. Terrella o pequeña tierra de Gilbert, en presencia de agujas magnéticas. En el punto marcado como A está situado el polo norte del imán esférico y a lo largo de su superficie las agujas se van a orientar em forma diferente. Grabado tomado de su obra De Magnete (1600).

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Esta idea la llevó mucho más lejos y llegó a conjeturar que la fuerza gravitatoria y el movimiento de los planetas, que correspondían siempre a grandes escalas, podían explicarse en términos de fuerzas de origen magnético. Copia del italiano Girolamo Cardano(1501-1576) las observaciones que este último publica en 1550 sobre las diferencias del ámbar con la magnetita o piedra imán². Cardano observó que:

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1. El ámbar arrastra muchas clases de cuerpos, en tanto que la magnetita solamente lo hace con el hierro.

2. «El ámbar puede atraer sin moverse», cuando la magnetita es halada según hala (Aquí no se toma en cuenta que la inercia del ámbar es probablemente mucho mayor que la de los pedazos que se colocan a su alrededor y en ese sentido se llega a un resultado extraño).

3. El imán actúa a través de pantallas de papel y el ámbar no.

4. El imán hala hacia sus polos, en tanto que el ámbar hala en todas direcciones.

5. El ámbar arrastra de manera más efectiva después de calentarse, mientras que el calor no afecta a la magnetita.

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   A lo anterior, Gilbert añade:⁴

6. El imán levanta objetos de mayor peso que el ámbar (la intensidad de la acción en el caso del ámbar dependía del frotamiento y para la magnetita no).

7. La húmedad superficial o atmosférica inhibe la acción eléctrica, pero no la acción magnética.

8. El poder de incitación del ámbar lo tienen tanbién una gama amplia de sustancias.

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   Después de una extensa experimentación Gilbert completó la lista de cuerpos que podían cargarse eléctricamente por fricción e introdujo el adjetivo eléctrico para designar este tipo de fenómenos, ya que en griego al ámbar se le llama electrón.

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   En sus experimentos, Gilbert estableció la diferencia entre fenómenos magnéticos y eléctricos mostrando que la magnetita no requería de estímulos para mostrar propiedades magnéticas, en tanto que el vidrio y el ámbar debían ser frotados para mostrar propiedades eléctricas. Incluso llegó a determinar que partiendo en dos pedazos una piedra magnética de forma oblonga no es posible obtener un polo en cada fragmento, sino que vamos a tener dos imanes completos con su respectivo par de polos. En sus propias palabras:⁴

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   «Take the oblong stone ad in which a is the north pole and d the south. Cut the stone in two equal parts, and put part a in a vessel and let it float in water. You will find that a, the north point, will turn to the south as before; and in like manner the point d will move to the north, in the divided stone, as before division. But b and c before connected, now separated from each other, are not what they were before. b is now south while c is north. b attracts c, longing for union and for restoration of the original continuity.» «Tome la piedra oblonga ad en la cual a es el polo norte y d el sur. Corte la piedra en dos partes iguales, ponga la parte a en un recipiente y déjela flotar en agua. Encontrará que a, el punto norte, dará vuelta hacia el sur como antes; y de la misma manera el punto d se moverá hacia el norte, en la piedra dividida, como antes de la división. Pero b y c que antes estaban conectadas, ahora separadas una de la otra, no son lo que eran antes. b es ahora sur mientras c es norte. b atrae c, persiguiendo la unión y restauración de la continuidad original.»

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   En la fig. 3 se presenta la piedra imán antes y después de la fragmentación. Galileo Galilei (1564-1642) conoció de los trabajos de Gilbert, a través de sus libros y veía con admiración la idea de concebir la Tierra como un imán gigante.

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   Fig. 3. Experimento de Gilbert con la piedra imán donde se demuestra la imposibilidad de tener dos polos magnéticos separados. Grabado tomado de su obra De Magnete (1600)

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   Aunque desde el punto de vista experimental todos estos trabajos representan un gran paso de avance, desde el punto de vista teórico la comprensión de estos fenómenos era muy pobre y Gilbert trató de hacerlo a través de la introducción de efluvios o emanaciones que venían de los cuerpos con propiedades eléctricas y magnéticas. La idea para proponer esto viene de sus observaciones, de las cuales le resulta claro que los fenómenos eléctricos se debían a una entidad de naturaleza material. Bajo la acción de la fricción esta era liberada del vidrio o del ámbar y en circunstancias normales estaba atrapada dentro de ellos.

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   Gilbert creyó encontrar evidencia para esto en el campo de la medicina que él mismo practicaba. Sigue la doctrina de la época de que el cuerpo humano contiene varias clases de humores o tipos de humedad, ellos son la flema, la sangre, la cólera y la melancolía. La proporción en la que ellos se encontraran determinaba el temperamento y dependiendo del humor predominante se tenían personas flemáticas, sanguíneas, coléricas y melancólicas. La observación de que casi todos los cuerpos conocidos que podían electrificarse eran duros y transparentes, lleva inmediatamente a la idea de que estos debían estar formados por la consolidación de líquidos acuosos. Según la creencia de la época, la transparencia era una propiedad del agua como elemento fundamental. Gilbert concluye de que debe existir un humor particular que debe estar relacionado con las propiedades de los cuerpos eléctricos. La fricción debía calentar, excitar y finalmente liberar este humor, el cual saldría del cuerpo eléctrico en forma de un efluvio, el cual formaría una atmósfera. Este efluvio debía ser suficientemente sútil como para no ser detectado por los sentidos. La idea de proponer una atmósfera que rodeara el cuerpo eléctrico era el paso natural a dar para poder explicar la interacción eléctrica. Gilbert creía firmemente que la materia no podía actuar donde no estuviera, de manera que un cuerpo actuaba sobre otro a distancia a través de un agente material de alguna clase, aunque este último no pudiera verse. Después establece la analogía con el caso de los cuerpos en caida libre y piensa que justamente el aire que conforma la atmósfera terrestre es el efluvio que le permite a la Tierra atraer los cuerpos.

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   Lo curioso es que Gilbert rechaza la idea de que exista una repulsión. Esta idea de la ausencia de repulsión para fuerzas eléctricas fue mantenida también por el jesuita Niccolò Cabeo (1596-1650), quien era maestro, ingeniero y filósofo. Cabeo manifiesta sus ideas en Philosophia Magnetica publicada en 1629. Repite en este compendio las diferencias entre lo eléctrico y lo magnético y añade dos observaciones que por ser incompletas, no resultaron ser muy felices:

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9. Los imanes pueden transmitir su poder al hierro, en tanto que el ámbar no (esto supone la negación de la posibilidad de conducción eléctrica).

10. Los imanes se repelen unos a otros, en tanto que los eléctricos no (donde nuevamente se niega la existencia de una repulsión en el caso eléctrico).

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Cabeo que creía en la teoría del vapor de Gilbert, sostenía que la acción eléctrica debía desaparecer en el vacío. Esto plantea la interrogante: ¿Qué pasa si se experimenta con cuerpos eléctricos en el vacío?. El primer intento corresponde a la Accademia del Cimento de Florencia, que trabajó con el vacío producido sobre el fluido de mercurio de un tubo de Torricelli. Allí introducen ámbar, un frotador y pedacitos de papel y observan que con o sin aire, el papel no era atraído (podemos pensar que debió haber algún error en el manejo experimental relacionado con fugas y falta de la tecnología adecuada). Boyle y Hooke perfeccionaron en la década de 1660 una bomba de vacío que lograba una reducción de 1/300. En el siglo XVIII se lograron bombas con reducciones de 1/600 que no llegan al umbral donde el vacío empieza a actuar como aislante de manera manifiesta. Después de su experimento, Boyle afirma que la atracción era igual. Los seguidores de Cabeo sostenían que la explicación de tal resultado obedecía a que no se había retirado suficiente cantidad de aire (lo cual era en parte verdad). Más de cincuenta años después de la muerte de Gilbert, Newton estaba al tanto de que los fenómenos eléctricos y magnéticos eran importantes pero poco comprendidos y así lo indica al final de su obra Principia y en el Query 22 de Opticks, dice:⁶

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«Qu. 22. May not Planets and Comets, and all gross Bodies, perform their Motions more freely, and with less resistance in this Aethereal Medium than in any Fluid, which fills all Space adequately without leaving pores, and by consequence is much denser than Quick-silver or Gold? And may not its resistance be so small, as to be inconsiderable? For instance; If this Aether (for so I will call it) should be supposed 700000 times more elastick than our Air and above 700000 times more rare; its resistance would be above 600000000 times less than that of Water. And so small a resistance would scarce make any sensible alteration in the Motions of the Planets in ten thousand Years. If any one would ask how a Medium can be so rare, let him tell me how the Air, in the upper parts of the Atmosphere, can be above an hundred thousand thousand times rarer than Gold. Let him also tell me, how an electrick Body can by Friction emit an Exhalation so rare and subtile, and yet so potent, as by its Emission to cause no sensible Diminution of the weight of the electrick Body, and to be expanded through a Sphere, whose Diameter is above two Feet, and yet to be able to agitate and carry up Leaf Copper, or Leaf Gold, at the distance of above a Foot from the electrick Body? And how the Efluvia of a Magnet can be so rare and subtile, as to pass through a Plate of Glass without any Resistance or Diminution of their Force, and yet so potent as to turn a magnetick Needle beyond the Glass?» «Qu. 22. ¿No es posible que los Planetas y Cometas y todos los Cuerpos masivos, realicen sus Movimientos más libremente, y con menos resistencia en este Medio Etéreo que en cualquier Fluido, el cual llena todo el Espacio adecuadamente sin dejar poros, y en consecuencia es mucho más denso que Mercurio u Oro? ¿Y no es posible que su resistencia sea tan pequeña, hasta ser inconsiderable? Por ejemplo; Si este Eter (así es como voy a llamarlo) se supusiera 700000 veces más elástico que nuestro Aire y por encima de 700000 veces más enrarecido; su resistencia sería algo más de 600000000 veces menor que la del Agua. Y una resistencia tan pequeña apenas produciría alguna alteración apreciable en los Movimientos de los Planetas en diez mil Años. Si alguien preguntara como un Medio puede estar tan enrarecido, que me diga ¿cómo el Aire, en las partes superiores de la Atmósfera, puede estar algo más de cien mil miles de veces más enrarecido que el Oro? Que también me diga, ¿cómo un Cuerpo eléctrico puede por fricción emitir una Exhalación tan enrarecida y sútil, y todavía tan potente, como para que su Emisión no cause una disminución apreciable del peso del Cuerpo eléctrico, y ser diseminada a través de una Esfera, cuyo Diámetro tiene más de dos Pies, y todavía ser capaz de agitar y levantar Cobre en Láminas, u Oro en Láminas a una distancia de más de un Pie del Cuerpo eléctrico? ¿Y cómo los Efluvios de un Imán pueden estar tan enrarecidos y ser tan sútiles, como para pasar a través de una Lámina de Vidrio sin Resistencia alguna o Disminución de su Fuerza, y todavía tan potente como para hacer girar una Aguja magnética más allá del Vidrio?»

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El siguiente paso a dar fue el construir máquinas que permitieran frotar eficientemente los materiales que producían electricidad. Otto von Guericke (1602-1686), burgomaestre de Magdeburg, estuvo siempre atraído por la idea del vacío y en particular del vacío que debía haber en el espacio interplanetario. Esta idea lo llevará a construir la primera máquina electrostática. Entrenado en filosofía natural y como ingeniero, Guericke tuvo la oportunidad de servir a su ciudad tanto con sus habilidades profesionales como diplomáticas durante la Guerra de los Treinta Años en Alemania. Cuando la guerra terminó, Guericke encontró tiempo para realizar sus estudios sobre el vacío y construyó la primera bomba de vacío en 1650, con la que llevó a la práctica experimentos espectaculares. Entre estos experimentos espectaculares estan aquellos realizados en 1654 frente al Emperador Ferdinand III en Regensburgo, en el que dieciseis caballos no fueron capaces de separar dos hemisferios de 14 pulgadas de diámetro que habían sido evacuados previamente con la bomba de vacío. Esta bomba producía un vacío con las tres características de Copérnico: extensión, propagación de luz y paso de cuerpos sin resistencia. Al penetrar en el problema del vacío, Guericke concibe virtudes de diferentes clases para explicar las acciones que son observadas en la práctica. La lista a considerar sería la siguiente:

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1. Atractiva: actúa a distancia como la gravedad y permite atraer objetos.

2. Conservativa: es la que permite que los cuerpos retengan todo lo que requieren para estar bien.

3. Expulsiva: expele material dañino como el fuego y mantiene la Luna a distancia.

4. Directiva: mantiene el eje de la Tierra durante su revolución anual.

5. Impulsiva o Inercia: es la que hace que los cuerpos se resistan a ser movidos.

6. Lucens: causa la luz.

7. Soni: causa el sonido.

8. Calefaciens: causa el calor.

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Para mostrar algunas de estas virtudes construye en 1663 una esfera de azufre mezclada con varios minerales, que puede ser electrificada por fricción. Esta máquina se convierte en la primera máquina que genera electricidad por fricción y se muestra en la fig. 4. Al hacer la prueba con la pequeña tierra de un pie y medio de diámetro, Guericke nota que la esfera se electrifica por fricción y asocia la virtud conservativa a la electricidad, por asociación con la gravedad y por el hecho de que los objetos eran atraídos. Esto lo observa con muchos materiales con los que experimenta, hasta que encuentra que una pluma de ave podía ser repelida. En este caso de alguna manera estaba presente la virtud expulsiva. Años más tarde en el 1672 descubre que la electricidad producida por la esfera de azufre causa emisión de luz en su superficie, convirtiendose de esta manera en el primer ser humano que observa electroluminiscencia.

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Fig. 4. Máquina electrostática de Otto von Guericke. La máquina se muestra a la derecha de la figura. En el centro, Guericke hace experimentos de repulsión con una pluma de ave.

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Encuentra por lo tanto, que todas las virtudes estaban presentes en su globo. Aunque varios físicos como Leibniz, Hooke y Boyle se intrigan por los experimentos de Guericke, no desarrollaron ninguna idea en torno a ello y aún menos lo asociaron con la idea de una repulsión. Huygens lo reconoce cuando hace experimentos con el ámbar e hilos de lana y habla de una hidrofobia que aparece cuando objetos húmedos son repelidos después de ser atraídos. Experimentando más en esta línea encuentra que hay cierto poder de conducción en el agua.

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El siguiente progreso de significación fue el descubrimiento de materiales conductores y aisladores. La contribución más importante se debe al inglés Stephen Gray (1666- 1736), quien llegó a realizar investigaciones en astronomía con John Flamsteed (1646-1719) y Roger Cotes (1682-1716). En 1711 ingresa a la Charterhouse de Londres, una institución para caballeros que habían perdido su fortuna y es allí donde Gray hace su descubrimiento fundamental. Comienza experimentando con un tubo de vidrio largo, electrificado por un extremo y cerrado por los dos extremos con tapones de corcho. Uno de los corchos esta atravesado en su eje por un pequeño palo, orientado hacia afuera del tubo. Gray observa que la electrificación impartida al tubo de vidrio le es transmitida al corcho y al pequeño palo. Luego lo intenta con un material como la seda y con una cuerda de seda suspendida sobre una distancia de 300 pies demuestra que puede transportar electricidad a mayores distancias. La seda es un material poco resistente y cuando trata de sustituirla por hilos de metal, encuentra que no puede transmitir estos efectos eléctricos y que los metales son incapaces de retener la electricidad. Este conjunto de experimentos lo llevan a clasificar los materiales en conductores y aisladores. Las observaciones de la conducción, inducción, electrificación y el papel de la Tierra como un cuerpo de potencial constante están todas relacionadas y el comprender a profundidad todos estos efectos era realmente difícil, particularmente si los dispositivos empleados en los experimentos exhiben propiedades de conducción que dependen fuertemente de su composición, húmedad del aire y otras variables que son controlables una vez que se les conoce. Se requiere de una alta dosis de ingenio y sentido crítico para poder extraer la información correcta a través de la observación de todos estos fenómenos que están relacionados. En la fig. 2 se presenta en forma gráfica uno de los experimentos de Gray para investigar la conducción eléctrica y donde se demuestra la conductividad de un cuerpo.

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Fig. 5. Experimento de Stephen Gray para investigar la conducción eléctrica y donde se demuestra la conductividad de un cuerpo. (Johann Gabriel Doppelmayr, Neu-entdeckte Phaenomena von bewundernswurdigen Wurckungen der Natur, Nuremberg, 1744).

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Uno de los problemas importantes a resolver era determinar cuantas clases de electricidad había y quien consigue establecerlo es Charles Francois de Cisternay Dufay (1698-1739), francés, de familia prominente con influencia en el ambiente militar y eclesiástico. Su padre le consigue el nombramiento de químico adjunto en la Academie des Sciencies. Aunque Dufay no tenía credenciales científicas, pronto muestra habilidades fuera de lo común. En 1732 es nombrado superintendente de los Jardines Reales y sus estudios sobre electricidad empiezan en 1733. A partir de sus estudios demuestra que hay solamente dos tipos de electricidad y le llama vítrea a aquella que se libera frotando vidrio (que corresponde a la carga positiva) y resinosa a aquella que se libera frotando ebonita (que corresponde a la carga negativa). Aparte de esto establece que las electricidades del mismo tipo se repelen y las electricidades de diferente tipo se atraen. Un avance tecnológico de primera magnitud tuvo lugar cuando se produjo la invención del condensador eléctrico. De manera fortuita se observó que cargando un líquido en una botella y sosteniendo la botella en la mano se podían obtener descargas grandes. Este hecho fue observado por primera vez por E. G. von Kleist (1700-1748) y publicado por Petrus van Musschenbroek (1692-1761) de Leyden. El aparato que acumulaba o condensaba electricidad llegó a conocerse como la botella de Leyden. Muy pronto más experimentación llegó a demostrar que la presencia del líquido no era indispensable y que podía reemplazarse por una lámina conductora que cubría la botella por dentro. Estos descubrimientos proporcionaron una forma de acumular la electridad para experimentación. Las siguientes ideas en aparecer fueron la de inducción eléctrica y la de la conservación de la carga. En torno a este desarrollo aparece la figura de Benjamin Franklin (1706-1790), nacido en Boston, en lo que era entonces la colonia inglesa de Nueva Inglaterra. Desde muy niño mostró tremenda habilidad para aprender y a los dieciseis años escribe artículos en periódicos, originales y entretenidos (Dogood Papers, 1722). Por diferencias con su hermano mayor, que era tipógrafo, se ve forzado a mudarse de Boston a Filadelfia, donde se establece como tipógrafo y vendedor de libros. En 1724 se traslada a Londres, donde continua su trabajo como tipógrafo y llega a conocer a Henry Pemberton (1694-1771), el editor de la tercera edición de los Principia de Newton. Franklin tuvo la esperanza de conocer a Newton a través de él, pero esto nunca llegó a materializarse. En lugar de esto llegó a conocer a Peter Collison (1693-1768), miembro de la Royal Society y quien llegó a ser su amigo por el resto de su vida y jugó un papel determinante en sus trabajos sobre fenómenos eléctricos. Sobre esto el mismo Franklin dice:

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«In 1746, being at Boston, I met there with a Mr. Spence, who was lately arrived from Scotland, and show'd me some electric experiments. They were imperfectly performed, as he was not very expert; but being on a subject quite new to me, they equaly surprised and pleased me. Soon after my return to Philadelphia, our Library Company received from Mr. P. Collinson, Fellow of the Royal Society of London, a present of a glass tube, with some account of the use of it in making such experiments. I eagerly seized the opportunity of repeating what I had seen in Boston; and, by much practice, acquired great readiness in performing those, also, which we had an account of from England, adding a number of new ones, I say much practice, for my house was continually full, for some time, with people who came to see these new wonders.» « En 1746, estando en Boston, me encontré allí con un Sr. Spence, quien había llegado de Escocia recientemente y me mostró algunos experimentos eléctricos. Estos fueron llevados a cabo de manera imperfecta, ya que él no era muy experto; pero tratándose de una materia bastante nueva para mí, me sorprendieron y complacieron igualmente. Poco después de mi regreso a Filadelfia, nuestra Compañía de Libros recibió del Sr. P. Collison, miembro de la Sociedad Real de Londres, un tubo de vidrio de regalo, con alguna documentación acerca de su uso para realizar tales experimentos. Ansiosamente busque la oportunidad de repetir lo que había visto en Boston; a través de mucha práctica adquirimos gran destreza en realizar aquellos de los que ya teníamos noticia de Inglaterra y añadimos un número de ellos nuevos. Dije a través de mucha práctica, porque mi casa estuvo continuamente llena, por algún tiempo, con gente que venía a ver estas nuevas maravillas. »

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De vez en cuando Franklin experimentaba con electricidad y desarrollaba sus propias ideas sobre la materia. Comunicó sus resultados en cartas a Collison, quien las publicó como un libro en 1751. El libro tuvo un gran éxito y pasó por muchas traducciones y ediciones. Las contribuciones científicas de Franklin lo llevaron a ser escogido como miembro extranjero de la Sociedad Real de Londres (Royal Society of London) en 1756. A partir de esta fecha los asuntos públicos ocuparon prácticamente su atención, particularmente la cadena de eventos que llevaron a la independencia del país que contribuyó a formar, Estados Unidos de America y que luego representó en el extranjero como diplomático. Su contribución más importante desde el punto de vista teórico fue el uso novedoso de inferencias a partir del principio de conservación de la carga. Este principio ya había sido percibido por varios investigadores como William Watson (1715-1787), pero Franklin supo explotarlo. Desde su punto de vista, un cuerpo contiene las mismas cantidades de electricidad vítrea y resinosa, las cuales bajo condiciones normales neutralizan una a la otra. La electrificación es la separación de las dos electricidades, las cuales pueden ser llamadas positiva y negativa, con la implicación de que su suma permanece constante y es cero. Franklin demostró estas ideas a través de experimentos en los cuales dos personas, paradas sobre plataformas aislantes, adquirían electricidad de un tubo de vidrio frotado con un paño. Uno de los experimentadores adquiría la electricidad del tubo de vidrio y el otro la adquiría del paño. Cuando acercaban sus manos y los dedos de cada uno se aproximaban, una chispa saltaba de uno a otro y ambos quedaban neutralizados. Sobre este tema luego se hicieron experimentos similares.

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Fig. 6. Benjamin Franklin(1706-1790), establece el principio de conservación de la carga e inventa el pararrayos.

A pesar de la tremenda importancia de este experimento, la fama de Franklin vino a través de los experimentos que este realizara con electricidad atmosférica y que dieron lugar a la invención del pararrayos. Para el momento todos las ideas relacionadas con fuego, combustión, rayos, chispas y descargas eléctricas no estaban claras. Franklin propuso la idea de que el rayo era una chispa eléctrica gigante y demostró que un cuerpo con una punta afilada podía perder fácilmente su carga eléctrica. Combinando estas dos ideas, pensó en que se podía descargar gradualmente un edificio y de esta manera protegerlo de un rayo:

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«I say, if these things are so, may not the knowledge of this power of points be of use to mankind in preserving houses, churches, ships, etc., from the stroke of lightning, by directing us to fix on the highest parts of these edifices, upright rods of iron made sharp as a needle, and gilt to prevent rusting, and from the foot of those rods a wire down the ouside of the building into the ground, or down round one of the shrouds of a ship, and down her side till it reaches the water? Would not these pointed rods probably draw the electrical fire silently out of a cloud before it came nigh enough to strike, and thereby secure us from that most sudden and terrible mischief?» «Digo, que si estas cosas son así,¿no podría el conocimiento de este poder de las puntas ser de uso para la humanidad para preservar las casas, iglesias, barcos, etc. de los rayos, permitiendonos colocar en las partes más altas de estos edificios varas verticales de hierro tan afiladas como una aguja y tratadas para prevenir el herrumbe, y desde el pie de esas varas conectar un alambre que vaya por la parte exterior del edificio a tierra o rodear una de las velas de un barco hasta llegar al agua? ¿ No podrían estas varas con punta llevar el fuego eléctrico en forma silenciosa fuera de la nube antes de que que sea lo suficientemente alto como para golpear y así protegernos del más repentino y terrible infortunio? »

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Experimentos desarrollados por Franklin y otros, primero en Francia y después en Filadelfia, demostraron que se podía obtener electricidad de las nubes. El experimento de Franklin esta vez se realizó con una cometa, sin mayores percances.

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Fig. 7. El trágico final del experimento eléctrico realizado por Georg Wilhem Richmann (1711-1753) en San Petersburgo. El investigador se aproximó a un pararrayos aislado durante una tormenta y resultó muerto. Su asistente solo quedó inconsciente. Richmann era de origen alemán.

Este no fue el caso del físico Georg Wilhelm Richmann (1711-1753) quien murió haciendo un experimento similar en Rusia (ver fig. 7). Para aquel momento los experimentadores no se daban cuenta del gran peligro que representaba lo que intentaban.

Hacia la mitad del Siglo XVIII los experimentos eléctricos se habían convertido en espectáculos de salón que servían para entretenimiento como se muestra en la fig. 8 pero no se había logrado saber como era la fuerza que actuaba sobre las cargas que podían separarse.

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Fig. 8. Una dama electrificada cede los espíritus de fuego a través de chispas eléctricas. El fenómeno de la electricidad estaba de moda en aquel momento (grabado del Tratado sobre electricidad, de autor anónimo, Venecia, Italia, 1746).

PARA CONTINUAR: Tabla de contenidos de la página principal de Evolución del Pensamiento Científico Determinación de las leyes de fuerza eléctricas y magnéticas

REFERENCIAS

1. Boyer, C. B., A History of Mathematics, John Wiley & Sons 1991, New York, New York, U.S.A.
2. Cardano, G., De subtiliate rerum, (1550) 222-223.[Para regresar al texto principal presione aquí]
3. Encyclopaedia Britannica, William Benton, Publisher, 1943-1973, Helen hemingway Benton, Publisher, 1973-1974, Chigago, Illinois, U.S.A.
4. Gilbert, W., De Magnete, Dover 1958 (reimpresión de la traducción de P. Fleury Mottelay en 1893), New York, New York, U.S.A. [Para regresar al texto principal presione aquí]
5. Heilbron, J. L, Elements of Early Modern Physics, University of California Press 1982, Los Angeles, California, U.S.A.
6. Newton, I., Opticks or A Treatise of the Reflections, Refractions, Inflections and Colours of Light, Dover 1979 (reimpresión), New York, New York, U.S.A. [Para regresar al texto principal presione aquí]
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8. Whittacker, E., A History of the Theories of Aether and Electricity, Dover 1989 (en un solo volumen, reimpresión de los dos volumenes originalmente publicados por Thomas Nelson & Sons, Ltd., Londres, 1951 y 1953), New York, New York, U.S.A.