Principios básicos de circuitos eléctricos

El desarrollo del circuito eléctrico está ligado al desarrollo mismo de la electricidad. Uno de los primeros investigadores y desarrolladores de los circuitos eléctricos fue William Gilbert, quien a inicios del siglo XVI llamó fuerza eléctrica de atracción al fenómeno que se presentaba cuando se frotaban ciertos materiales, lo que hoy conocemos como estática. El resultado de su investigación derivó en la clasificación de dos tipos de materiales hasta ese momento: conductores y aislantes.

William Gilbert

El físico alemán Otto von Guericke continúo con el trabajo de Gilbert, obteniendo resultados interesantes al agregar carga electrostática en dos materiales, dando el efecto de atracción y posteriormente de repulsión. Entre otras cosas, Guericke fabricó la primera máquina electrostática y generó chispas a partir de un globo de azufre; como resultado de estas investigaciones se derivaron otras orientadas a entender la naturaleza de los rayos y relámpagos.

Otto von Guericke

Charles Cisternay Du Fay, al realizar diversos experimentos, notó que una lámina de oro siempre era repelida por una barra de vidrio con carga electrostática. Después de analizar el fenómeno, publicó sus trabajos en 1733, donde menciona la existencia de dos tipos de cargas eléctricas, a las que llamó carga vitria y carga resinosa, debido a que ambas se manifestaban de una forma al frotar con un paño de seda el vidrio (carga positiva), y de forma distinta al frotar con una piel algunas sustancias resinosas como el ámbar o la goma (carga negativa).

Charles Cisternay Du Fay

A la par de Du Fay, el físico holandés Pieter van Musschenbroek realizó varios experimentos sobre la electricidad. Uno de ellos ha trascendido y actualmente es replicado como experimento en laboratorios de muchas escuelas: investigar si el agua encerrada en un recipiente puede conservar cargas eléctricas.

Otro célebre experimento se debió a la falta del uso del equipo de protección personal, ya que en el desarrollo de otro experimento un asistente tocó la botella y recibió una fuerte descarga eléctrica. De esta manera fue descubierta la botella de Leyden y la base de los actuales capacitores.

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Uno de los investigadores que profundizaron en el estudio de la botella de Leyden fue el físico William Watson, quien agregó una cobertura de metal, descubriendo que de esta forma se incrementaba la descarga eléctrica. En 1747 demostró que una descarga de electricidad estática es una corriente eléctrica y se propaga mejor en un ambiente enrarecido que en condiciones normales.

William Watson

Todas estas observaciones empiezan a dar sus frutos con Luigi Galvani, quien a partir de 1780 comenzó a incluir en sus conferencias pequeños experimentos prácticos que demostraban a los estudiantes la naturaleza y propiedades de la electricidad; en uno de ellos, aplicó una pequeña corriente eléctrica a la médula espinal de una rana muerta y observó que se producían grandes contracciones musculares en los miembros de la misma. Estas descargas podían lograr que las patas (incluso separadas del cuerpo) saltaran igual que cuando el animal estaba vivo, esto originó múltiples vertientes de investigación para muchas ramas de la ciencia.

Luigi Galvani

En paralelo con Galvani, Alessandro Volta comenzó a hacer sus propios experimentos de electricidad con animales, llegando a la conclusión de que no era necesaria la participación de los músculos de los animales para producir corriente y que la estructura muscular del animal era sólo un conductor. Para defender su teoría, Volta construyó la llamada “pila de Volta”, con esto no sólo demostró que su teoría era correcta sino que revolucionó el uso de la electricidad y dio al mundo uno de sus mayores beneficios: el control de la circulación de una corriente eléctrica.

Alessandro Volta

Volta pensaba que existía una diferencia eléctrica entre dos metales (hierro y latón). Para corroborar sus afirmaciones, y utilizando su lengua como sensor, eligió el zinc y el cobre como materiales a utilizar en sus experimentos. Debido a que el uso de una sola placa de zinc y otra de cobre proporcionaban un voltaje demasiado bajo para poder medirlo, construyó un sistema que le permitía colocar una serie de discos de zinc y cobre apilados (de ahí el nombre de pila) de forma alternada, separados entre ellos por cartón empapado en salmuera.

Pila de Volta

Uniendo los extremos con un cable metálico se producía una corriente eléctrica regular y continua, con una tensión resultante de la suma de los diferentes pares zinccobre. La pila voltaica consistía en 30 discos de metal, separados por paños humedecidos con agua salada, su funcionamiento era simple: si al extremo inferior de esta pila se le conectaba un alambre se establecía una corriente eléctrica al cerrarse el circuito; al principio Volta lo dio a conocer como “órgano eléctrico artificial”.

Además, Volta, uno de los investigadores más reconocidos del fenómeno eléctrico, construyó una serie de dispositivos capaces de producir electricidad que salía continuamente al exterior a medida que se producía, esto creaba una corriente eléctrica, que resultó mucho más útil que una carga de electricidad estática que no fluyera; actualmente lo conocemos como generador eléctrico. A partir de este invento la electricidad fue realmente aplicable en todos los sentidos, ya que se pudieron construir circuitos para diferentes finalidades.

Posteriormente, Georg Simon Ohm sentó las bases del estudio de la circulación de las cargas eléctricas en el interior de materias conductoras y formuló la ley que relaciona las tres magnitudes más importantes: tensión, intensidad de corriente y resistencia.