D. Michael Faraday

 El electromagnetismo y la electroquímica. El nacimiento de un “gigante”; D. Michael Faraday

El 22 de septiembre de 1791, nacía el físico y químico británico Michael Faraday (Newington, 22 de septiembre de 1791-Londres, 25 de agosto de 1867).

Pese a recibir una educación básica, su interés por la Ciencia lo ha convertido en uno de los grandes genios científicos de todos los tiempos.
Comenzó a trabajar desde muy joven como repartidor de periódicos. Sin embargo, en uno de sus trabajos, en una librería, tuvo acceso a artículos científicos, que despertaron su curiosidad. Un libro en concreto, le marcaría para siempre The improvement of the Mind, de Isaac Watts. Otro artículo “Electricity” de la Enciclopedia Británica, escrito por James Tytler, despertaría su interés por los fenómenos eléctricos.

En 1812, a la edad de 20,, Faraday comenzó a asistir a las conferencias del químico inglés Humphry Davy, de la Royal Institution y de la Royal Society, y de John Tatum, fundador de la City Philosophical Society.
Davy lo acoge como púpilo y designa a Faraday como asistente de química de la Royal Institution, el 1 de marzo de 1813.

Destacó en el campo de la química, con descubrimientos como las primeras reacciones de sustitución orgánica conocidas, en las que obtuvo compuestos clorados de cadena carbonada a partir de etileno. Faraday descubrió la molécula de benceno en 1825, aislándola por primera vez a partir del gas de alumbrado el compuesto, de fórmula empírica CH.

Faraday consiguió licuar diversos gases,entre ellos el cloro.
En 1820, Faraday reportó la primera síntesis de compuestos de cloro y carbono, el hexacloroetano (C2Cl6) y el tetracloroetileno (C2Cl4),
Investigó la aleación del acero y produjo varios nuevos tipos de vidrio destinados a fines ópticos.
Sin embargo, los grandes logros de Faraday se dieron en el campo de la física con sus experiencias en electricidad y magnetismo.

Conocedor de los trabajos del químico danés Hans Christian Ørsted sobre el magnetismo se interesó por el fenómeno. De esta forma consiguió desarrollar el primer motor eléctrico conocido.
Su primer experimento registrado fue la construcción de una pila voltaica con siete monedas de medio penique, apiladas junto a siete discos chapados en cinc y seis trozos de papel humedecidos con agua salada. Con esta pila pudo descomponer el sulfato de magnesio.

El 21 de octubre de 1821 publicó el trabajo titulado On Some New Electro-Magnetical Motions, and On The Theory of Magnetism, donde registró la primera conversión de energía eléctrica en mecánica y que contiene la primera noción de líneas de fuerza.

También en 1831, Faraday dio inicio a una serie de experimentos que lo llevarían a descubrir la inducción electromagnética. En un experimento clásico enrolló dos solenoides de alambre alrededor de un aro de hierro, y encontró que cuando hacía pasar corriente por un solenoide, otra corriente era temporalmente inducida en el otro solenoide, creando lo que se denomina una inducción mutua.

Faraday notó que si hacía pasar un imán a través de una espira de alambre, una corriente eléctrica circularía a través de este alambre. La corriente también fluía si la espira era movida sobre el imán en reposo. Sus demostraciones establecieron que un campo magnético variable generaba un campo eléctrico; esta relación fue modelada.

De esta forma, expuso la Ley de inducción electromagnética de Faraday (o simplemente ley de Faraday) que establece que el voltaje inducido en un circuito cerrado es directamente proporcional a la rapidez con que cambia en el tiempo el flujo magnético que atraviesa una superficie cualquiera con el circuito como borde.

En base a sus experiencias, en 1831 desarrolla el generador homopolar conocido como Disco de Faraday en su honor. Fue el comienzo de las modernas dinamos. Era muy poco eficiente y no tenía ningún uso como fuente de energía práctica, pero demostró la posibilidad de generar electricidad usando magnetismo y abrió la puerta a los conmutadores, dinamos de corriente continua y finalmente a los alternadores de corriente.

El disco de Faraday fue ineficiente en un principio debido a los contraflujos de corriente. Mientras que un flujo se induce directamente debajo del imán, la corriente circula en sentido contrario en regiones fuera de la influencia del campo magnético. Este contraflujo limita la potencia de salida a los cables y provoca pérdida por sobrecalentamiento del disco de cobre. Los motores homopolares posteriores solucionaron este problema utilizando una serie de imanes dispuestos alrededor del perímetro del disco para mantener constante el campo de forma radial desde el centro hasta el borde y eliminar de esta manera las zonas donde el contraflujo ocurría.

Michael Faraday fue el primero en introducir el concepto de campo eléctrico, durante sus investigaciones sobre magnetismo, posteriormente desarrollado por Maxwell. en 1864 Maxwell demostró que los cambios eléctricos y magnéticos se propagaban como ondas, y finalmente, en 1873, seis años después de la muerte de Faraday, publicó su Treatise on Electricity and Magnetism, en el que reconocía su deuda con Faraday.

En septiembre de 1845, Faraday descubrió que muchos materiales exhibían una débil repulsión frente a campos magnéticos: un fenómeno que denominó diamagnetismo.
En electromagnetismo, el diamagnetismo es una propiedad de los materiales que consiste en repeler los campos magnéticos. Es lo opuesto a los materiales ferromagnéticos los cuales son atraídos por los campos magnéticos.

También descubrió que el plano de polarización de la luz linealmente polarizada podía rotarse debido a la aplicación de un campo magnético externo alineado con la dirección de propagación de la luz. Este fenómeno es llamado en la actualidad efecto Faraday.
El efecto describe cómo el plano de polarización de la luz puede cambiar y muestra cómo su alteración es proporcional a la intensidad del componente del campo magnético en la dirección de propagación de la onda luminosa.

El efecto Faraday, un efecto magneto-óptico, es la primera evidencia experimental de que la luz y el magnetismo están relacionados. Hoy en día la base teórica para definir esta relación se denomina Teoría electromagnética, y fue desarrollada por James Clerk Maxwell entre los años 1860 y 70. Este efecto ocurre en la mayoría de los materiales dieléctricos transparentes afectados por fuertes campos magnéticos.
En 1862, Faraday utilizó un espectroscopio para estudiar la alteración de las líneas espectrales en presencia de un campo magnético. Zeeman perfeccionaría posteriormente esta experiencia.
Realizó además varios experimentos electroquímicos que le permitieron relacionar de forma directa materia con electricidad.

Tras observar cómo se depositan las sales presentes en una cuba electrolítica al pasar una corriente eléctrica a su través, determinó que la cantidad de sustancia depositada es directamente proporcional a la cantidad de corriente circulante, y que, para una cantidad de corriente dada, los distintos pesos de sustancias depositadas están relacionados con sus respectivos equivalentes químicos.

Faraday propuso dar el nombre de electrólisis a la ruptura de moléculas por una corriente eléctrica. Llamó electrolito a la solución a través de la cual fluía la corriente, electrodos a las varillas de metal introducidas en la solución, y evitó llamarles polos opuestos, pues demostró que no eran polos de fuerza. Al electrodo positivo le llamó ánodo y al negativo cátodo. A las cargas en movimiento a través de la solución las llamó iones, que quiere decir viajero en griego. Y a los iones que viajan en dirección al ánodo los llamo aniones y a los que se dirigen al cátodo, cationes.

En 1834, publica las leyes de Faraday de la electrólisis expresan relaciones cuantitativas basadas en sus investigaciones electroquímicas.
1ª ley de Faraday de la electrólisis – La masa de una sustancia depositada en un electrodo durante la electrólisis es directamente proporcional a la cantidad de electricidad transferida a este electrodo. La cantidad de electricidad se refiere a la cantidad de carga eléctrica, que en general se mide en coulombs.

2ª a ley de Faraday de la electrólisis – Para una determinada cantidad de electricidad (carga eléctrica), la masa depositada de una especie química en un electrodo , es directamente proporcional al peso equivalente del elemento. El peso equivalente de una sustancia es su masa molar dividido por un entero que depende de la reacción que tiene lugar en el material.

Desarrolló lo que se conoce como jaula de Faraday el efecto por el cual el campo electromagnético en el interior de un conductor en equilibrio es nulo, anulando el efecto de los campos externos. Esto se debe a que, cuando el conductor está sujeto a un campo electromagnético externo, se polariza, de manera que queda cargado positivamente en la dirección en que va el campo electromagnético, y cargado negativamente en el sentido contrario. Puesto que el conductor se ha polarizado, este genera un campo eléctrico igual en magnitud pero opuesto en sentido al campo electromagnético, luego la suma de ambos campos dentro del conductor será igual a 0.

Michael Faraday inició en 1825 las Royal Institution’s Christmas Lectures, una serie de charlas anuales de divulgación científica que tienen lugar en la Royal Institution de Londres. Estas lectura, estaban orientadas principalmente a público corriente y, especialmente a niños.
En junio de 1832, la Universidad de Oxford le concedió a Faraday el grado de Doctor of Civil Law (honorario).

Rechazó dos veces convertirse en presidente de la Royal Society. Fue elegido miembro extranjero de la Real Academia de las Ciencias de Suecia en 1838, y fue uno de los ocho miembros extranjeros elegidos por la Academia de Ciencias de Francia en 1844.

La unidad de la capacidad eléctrica en el SI de unidades, el farad (F), se denomina así en su honor.

Publicado por Jose Varela
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