UN POCO DE HISTORIA

"Cuando un pedazo de ámbar frotado con lana hizo fracasar las leyes del peso, la Física creó las leyes de la electrostática; cuando un imán atrajo al hierro a despecho de las mismas leyes del peso, la Física formuló las leyes del magnetismo" (P. Duhem)

Las observaciones sobre las acciones eléctricas se remontan al siglo VI a.C., cuando Thales de Mileto observó la atracción de pequeños objetos por el ámbar (elektron en griego) cuando éste era frotado. Hasta el siglo XVI, poco se había avanzado en el conocimiento de los fenómenos eléctricos. En 1600 William Gilbert, físico inglés, publica su obra "De Magnete" (De Magnete magnetecisque corporibus et magno et magno magnete tellure), dedicado fundamentalmente a los fenómenos magnéticos, pero en el capítulo dedicado a la electricidad pone de manifiesto importantes hechos, como por ejemplo es que existan muchos materiales que se electrizan por frotamiento, lo cual puso de manifiesto con la construcción del primer electroscopio. Además observó que los metales eran incapaces de electrificarse por frotamiento, sustancias que posteriormente se llamarían conductores, en los que las cargas eran libres de moverse, de forma que emigraban a través de la mano del experimentador a medida que las obtenía por frotamiento. Posteriormente se descubrió que los cuerpos electrizados también podían repelerse entre sí.

En 1729, Stephen Gray descubrió que la atracción y la repulsión eléctrica se pueden transferir de un cuerpo a otro si ambos se conectan con determinadas substancias, precisamente los conductores. Este hecho además puso de manifiesto que la electricidad tiene existencia por sí misma y no es una propiedad impuesta al cuerpo al frotarlo. La existencia de dos tipos de electricidad fue sugerida por primera vez por Charles Du Fay, que observó que un cuerpo electrificado por frotamiento es en principio atraído, pero si llega a tocar el elemento con el que fue frotado, posteriormente es repelido por éste. Además observó que si una lámina de oro se electrificaba con un trozo de ámbar, posteriormente era repelida por el ámbar, pero era atraída por el vidrio, y viceversa. Postuló entonces la existencia de dos tipos de electricidad, que él llamó "vítrea" y "resinosa".

Una visión más acertada de la electricidad la tuvo Benjamín Franklin , que propuso un modelo de electricidad de un solo fluido. Según Franklin los cuerpos tienen una cantidad de electricidad normal. Cuando un cuerpo es frotado contra otro, parte de la electricidad se transfiere de un cuerpo a otro, de modo que uno queda con exceso y el otro con defecto. Este modelo presupone la existencia de un principio de conservación de la carga. Hoy sabemos que esto es cierto, y lo que se transfieren son los electrones de un cuerpo a otro, conservándose la cantidad de carga eléctrica puesta en juego.

Posteriormente, Priestley dedujo que la fuerza entre cuerpos cargados varía proporcionalmente al inverso del cuadrado de la distancia entre ellas, del mismo modo que ocurre con las fuerzas gravitatorias entre masas. Este hecho fue constatado por Charles Coulomb que además comprobó que la fuerza era proporcional a cada una de las cargas, con una balanza de torsión similar a la que empleó Cavendish para obtener la ley experimental equivalente para la fuerza gravitatoria.

En el siglo XIX se produjo un gran aumento cuantitativo de los conocimientos sobre la electricidad y el magnetismo, culminando con los experimentos de Michael Faraday y la teoría matemática de James Clerk Maxwell, que demostró la unidad del electromagnetismo.

También hay que señalar que J.J. Thomson demostró que todos los materiales contienen partículas que poseen la misma relación carga/masa. Hoy sabemos que estas partículas, que se denominan electrones, son una parte fundamental de la composición de todos los átomos. Los primeros modelos atómicos, como el de Rutherford, pusieron de manifiesto la existencia de partículas cargadas positivamente, denominadas protones, con la misma carga que los electrones y una masa mucho mayor, muy aproximadamente la del átomo de hidrógeno.

Ya en el siglo XX, Millikan comprobó que la carga eléctrica siempre se presenta como un múltiplo entero de una cantidad unitaria de carga, es decir, que la carga se encuentra cuantizada. La unidad de carga es la carga de un electrón, de valor

e= 1.602·10^-19 C

Posteriormente Chadwick descubrió el neutrón. El modelo atómico más adecuado supone la existencia de un pequeño núcleo masivo compuesto por protones y neutrones y de carga positiva Z veces la del electrón (siendo Z el número atómico del átomo considerado), en torno al cual orbitan Z electrones en diferentes órbitas, siendo así la materia neutra en condiciones normales.