11.2 Electricidad: Franklin, Coulomb y aparatos

Introducción

El estudio de la electricidad en el siglo XVIII supone un punto de inflexión en la historia de la ciencia. A partir de los experimentos sistemáticos y del desarrollo de aparatos, se sentaron las bases de la electrostática y, más adelante, del electromagnetismo. En este apartado nos centraremos en dos figuras clave: Benjamin Franklin (1706–1790) y Charles-Augustin de Coulomb (1736–1806). Franklin abrió nuevos caminos con sus experimentos de campo y sus propuestas teóricas, mientras que Coulomb estableció las leyes cuantitativas que rigen la interacción eléctrica. Asimismo, describiremos los aparatos más influyentes de la época, sus aplicaciones y su evolución cronológica.

1. Benjamin Franklin y la revolución experimental

1.1. Contexto biográfico

Benjamin Franklin, nacido en Boston en 1706, fue impresor, editor, diplomático y científico autodidacta. Su interés por la electricidad surge en la década de 1740, cuando los fenómenos de chispas y atracción de pelusas despertaron la curiosidad de toda Europa. Franklin publicó en 1751 varios artículos sobre la naturaleza eléctrica de las nubes, sentando las bases de la teoría del fluido eléctrico.

1.2. Experimentos y nomenclatura

Entre 1747 y 1752, Franklin diseñó una serie de experimentos sencillos para demostrar la naturaleza única del «fluido eléctrico». Propuso que existía un único fluido que, en exceso, generaba carga positiva y, en defecto, carga negativa. Esta teoría contrastaba con la teoría de los dos fluidos de Charles François de Cisternay du Fay.

• 1747: Primera distinción entre cargas «vitreas» (positivas) y «resinosas» (negativas).
• 1750: Medición cualitativa de atracción y repulsión usando electroscopios primitivos.
• 1752: Experimentos con cometa (la célebre «cometa de Franklin») que demostraron la naturaleza eléctrica de las tormentas.

1.3. Experimento de la cometa (1752)

En junio de 1752, Franklin llevó a cabo su experimento más famoso. Ató una llave de metal al hilo de una cometa en día de tormenta y observó que las chispas saltaban entre la llave y su dedo cuando se acercaba. Este experimento acreditó que los relámpagos eran descargas eléctricas gigantescas.

1. Construcción de una cometa con marco de madera y papel húmedo.
2. Atadura de un hilo conductor (hilo de seda húmedo) a la llave.
3. Acercamiento de la llave a un electrodo improvisado y observación de chispas.

Fruto de esos ensayos, Franklin ideó el pararrayos, patentado en 1752, y presentó sus conclusiones en su obra Experiments and Observations on Electricity (1751–1754).

1.4. Teoría de la conservación de la carga

Franklin pronunció por primera vez la idea de que la carga eléctrica no se crea ni se destruye, sino que se transfiere de un cuerpo a otro. Esta propuesta fue esencial para la formulación posterior de las leyes de la electrostática y anticipó el principio de conservación de la carga, confirmado experimentalmente en el siglo XIX.

2. Charles-Augustin de Coulomb y la cuantificación de la fuerza eléctrica

2.1. Antecedentes y formación

Coulomb nació en Angulema (Francia) en 1736. Estudió ingeniería militar y matemáticas, y se interesó por la electricidad tras conocer los trabajos de Franklin y de los pioneros europeos, como William Watson y Pieter van Musschenbroek. Entre 1782 y 1785 llevó a cabo los experimentos definitivos que dieron lugar a la ley que lleva su nombre.

2.2. La balanza de torsión

Para medir fuerzas eléctricas con precisión, Coulomb diseñó la báscula (o balanza) de torsión. Este instrumento constaba de una barra ligera suspendida de un hilo fino de metal que torsionaba al aplicar fuerzas eléctricas entre esferas cargadas.

2.3. La ley de Coulomb

En junio de 1785 Coulomb publicó en la Histoire de l’Académie Royale des Sciences la famosa expresión:

F = k · (q₁ · q₂) / r²

donde:

• F es la fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas puntuales.
• q₁ y q₂ son las magnitudes de las cargas eléctricas.
• r es la distancia entre los centros de las cargas.
• k es la constante de proporcionalidad (en el vacío, k ≈ 8,99 × 10⁹ N·m²/C²).

La ley de Coulomb estableció por primera vez una relación cuantitativa precisa, similar a la ley de gravitación universal de Newton, lo que permitió avanzar en el desarrollo de la teoría electromagnética aún en ciernes.

2.4. Impacto y aplicaciones tempranas

La cuantificación de la fuerza eléctrica abrió la puerta a:

• Desarrollo de sistemas de unidades eléctricas (culombio, ohmio, etc.).
• Diseño de condensadores con distancias y áreas precisas para almacenar carga.
• Cálculos de potencial eléctrico y energía electrostática.

Estos avances determinaron la instrumentación de fines del siglo XVIII y comienzos del XIX.

3. Aparatos electrostáticos fundamentales

La electrización por contacto y fricción fue la base del ingenio en aparatos que permitieron reproducir y medir con mayor fiabilidad los fenómenos eléctricos. A continuación, un resumen de los dispositivos más destacados:

3.1. Generadores electrostáticos

Los generadores inspirados en los primeros modelos de William Watson y Andrew Gordon fueron optimizados por Jesse Ramsden (1768) y John Canton. Consistían en:

1. Discos de vidrio girados manualmente o por mecanismo de piñón.
2. Superficies de frotación (cueros tratados con sales).

3. Colectores metálicos y peines de carga para transferir la electricidad al conductor.

La tensión alcanzada podía exceder decenas de miles de voltios. Estos aparatos permitieron experimentos de chispas, descargas a través del aire y estudios de conductividad en gases.

3.2. Electroscopio

El electroscopio de hojas de oro, inventado en 1787, consistía en dos finísimas láminas de oro suspendidas de un soporte metálico. Cuando se acercaba un cuerpo cargado, las láminas se separaban por repulsión de cargas iguales. Fue el primer instrumento capaz de detectar presencia de carga de manera sensible y, con calibraciones posteriores, permitió medir cantidades relativas de carga.

3.3. Condensador de Leyden

Diseñado en 1745 por Pieter van Musschenbroek y Carl von Kleist, el condensador de Leyden era una jarra de vidrio con una lámina interior conductora (cobre o estaño) conectada a un conductor externo. Funcionó como el primer «acumulador» de carga, almacenando cientos de voltios. Este dispositivo estimuló estudios sobre la capacidad eléctrica y la resiliencia de los dieléctricos.

4. Fechas y sucesos clave

• 1745: Primer condensador de Leyden en Holanda
• 1747: Franklin propone la distinción de carga positiva y negativa
• 1752: Experimento de la cometa y creación del pararrayos
• 1768: Invención del generador de fricción de Ramsden
• 1782–1785: Experimentos de Coulomb con la balanza de torsión
• 1785: Publicación de la ley de Coulomb
• 1787: Electroscopio de hoja de oro de Bennet
• 1790: Fallecimiento de Benjamin Franklin
• 1806: Fallecimiento de Charles-Augustin de Coulomb

5. Conclusiones

La obra de Franklin y Coulomb estableció el andamiaje teórico y experimental de la electrostática moderna. Franklin aportó la visión cualitativa y la nomenclatura de cargas eléctricas, así como la conservación de la carga y el pararrayos. Coulomb, por su parte, proporcionó la ley cuantitativa indispensable para calcular interacciones eléctricas. Los aparatos de la época, desde el generador de fricción hasta el condensador de Leyden, fueron herramientas imprescindibles para la enseñanza y el perfeccionamiento de la investigación. El legado científico de estos pioneros abrió el camino al estudio del magnetismo, los fenómenos de inducción y, finalmente, al desarrollo de la electrodinámica y la electrotecnia en el siglo XIX y XX.

Libros recomendados sobre Electricidad: Franklin, Coulomb y aparatos

Franklin

• Benjamin Franklin: una vida americana, Walter Isaacson, Editorial Debate, 2004. URL: https://www.planetadelibros.com/libro-benjamin-franklin-una-vida-americana/12545
• Los papeles de Benjamin Franklin (The Papers of Benjamin Franklin), editado por Leonard W. Labaree et al., Yale University Press, 1959-presente. URL: https://franklinpapers.org/

Coulomb

• Charles-Augustin de Coulomb (1736-1806): un físico de la Ilustración, Giovanni Ferraro, Editorial Síntesis, 2010. URL: https://sintesis.com/libro-coulomb.html
• The Development of Coulomb’s Law: A History of Electrostatics, Robert Fox, Science History Publications, 1975. URL: https://www.sciencehistory.org/

Aparatos e Historia Universal de la Ciencia

• Historia de la ciencia. Vol. II: Electricidad y magnetismo, varios autores, Editorial Akal, Colección Historia Universal de la Ciencia, 1998. URL: https://www.akal.com/historia-de-la-ciencia-vol-ii.html
• Historia de la electricidad y el magnetismo, Herbert W. Meyer, Editorial Reverté, 1988. URL: https://www.reverte.com/historia-de-la-electricidad-y-el-magnetismo.html