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Así como la atracción gravitacional de Newton ya era utilizada como modelo de explicación para el sistema planetario, la atracción eléctrica se convirtió en el modelo por analogía para explicar el comportamiento eléctrico de los cuerpos. Sin embargo un nuevo

fenómeno se presentó que no fue reconocido inicialmente como eléctrico, dado los prejuicios del modelo newtoniano: la repulsión eléctrica. Hauksbee es el primero de los investigadores de quien se tiene noticia que notificó este hallazgo, posteriormente reconocido por Huygens y Gravesande, pero no por Newton quien llegó a considerarlo como un mero rebote mecánico que no tenía nada que ver con el efluvio eléctrico (Hankins 1988).

Hauksbee realiza una experiencia en el generador eléctrico del globo de vidrio en la que observa, según Hankins (1988), como:

“Unos trozos de latón bailaban alrededor del gran tubo de vidrio, siendo atraídos primero hacia el tubo, repelidos después, y atraídos de nuevo”.

Considerar la repulsión como algo más que un rebote mecánico no es de fácil comprensión, y mucho más difícil aún es asociarla al fenómeno eléctrico.

Charles Dufay es el primero en caracterizar y sistematizar la repulsión eléctrica. La resistencia de los teóricos de la época a aceptar la repulsión eléctrica era bastante influyente para las orientaciones experimentales. Por lo tanto no había mayor credibilidad en las experiencias de Hauksbee y Gravesande al respecto. Dufay encuentra que cuando un cuerpo es frotado, atrae cuerpos livianos en su vecindad, como lo consideraban en la antigüedad, pero a diferencia de ellos, identifica que una vez que el cuerpo liviano (detector) entra en contacto aparece entre ellos una fuerza de repulsión, debido al contacto. Dufay (1734) lo expresa así:

"Al ser atraído por un eléctrico frotado y entrar en contacto con éste, cualquier otro objeto quedaba a su vez electrificado y aparecía una fuerza de repulsión entre ellos"

objeto (detector) queda electrificado. Ya no es un objeto neutro, que simplemente es atraído; ahora se considera como un objeto electrificado que interactúa con otro objeto electrificado. Esta es realmente una nueva manera de ver la atracción; antes se consideraba que la electrificación la poseía el cuerpo frotado, y que el cuerpo que servía de detector carecía totalmente de electrificación; ahora la atracción es posible si están los dos cuerpos electrificados. Por otra parte, si acercamos un objeto frotado a otro que no lo ha sido, el efecto es de atracción, pero si hay contacto entre ellos el efecto es de repulsión. Si se acerca, por ejemplo, vidrio frotado a una pequeña esfera metálica suspendida de un hilo de seda, el metal evidencia electricidad debido a la presencia del vidrio pero, al entrar en contacto las electrificaciones interactúan produciendo repulsión. El considerar la repulsión con un efecto debido a la electricidad es un aspecto que consideramos fue fundamental para Dufay, porque inició un nuevo tipo de experiencias.

La afirmación también sugiere que cuerpos metálicos que han sido electrificados por contacto, evidencian entre ellos repulsión; por ejemplo, con una barra de vidrio electrificada se electrifican por separado dos objetos metálicos, cada uno suspendido por un hilo de seda. Si ahora acercamos entre si los dos objetos metálicos, se observa que hay repulsión entre ellos. Esta experiencia compromete directamente la repulsión como un efecto debido a la electrificación de los cuerpos, para que se presente repulsión ambos cuerpos deben estar electrificados. Resulta relevante considerar como la repulsión eléctrica se convierte en un aspecto significativo en la organización del fenómeno eléctrico y la atracción eléctrica deja de ser la evidencia privilegiada que hasta el momento había sido.

Dufay avanzó en su caracterización. Interpretó la situación considerando que la electricidad se podía adquirir de dos maneras, la que adquiere un cuerpo por frotamiento es propia, y la que adquiere por influencia de otro es ajena. Un mismo material puede tener electricidad propia o ajena, dependiendo de que forma sea electrificado. En este sentido encuentra que los materiales más aptos para adquirir electricidad ajena son los buenos conductores: madera, papel, metales, mientras que los materiales más aptos para adquirir electricidad

propia son los buenos aislantes; cera, vidrio, ámbar. Además encuentra que son precisamente los materiales buenos conductores los que resultan más fácilmente atraídos. Al respecto Dufay (1734) dice:

“Bástenos, por el momento, haber reconocido y establecido como principio que los cuerpos menos aptos para convertirse en eléctricos por si mismos son los que más fácilmente resultan atraídos y los que con más facilidad transmiten a mayor distancia y

más abundantemente la materia eléctrica; mientras que los que tienen más disposición en

convertirse en cuerpos eléctricos por si mismo, son menos apropiados para adquirir una electricidad ajena y para transmitirla a una distancia apreciable”

De esta manera Dufay señala nuevos rasgos distintivos de las dos formas de comunicación de la electrificación a partir de los rasgos mecánicos observados, ya sea; a) entre el cuerpo electrificado por inducción y el cuerpo inductor, b) entre cuerpos electrificados por conducción a partir de uno electrificado por frotamiento, c) entre cuerpos electrificado por conducción y d) entre cuerpos frotados. Por ejemplo, un cuerpo electrificado por influencia es siempre atraído por el cuerpo inductor, lo que permite establecer que el efecto de atracción es una manifestación mecánica entre dos cuerpos electrificados. Esta es realmente una manera nueva de ver la atracción, ya que antes se consideraba que la electrificación la poseía el cuerpo frotado y el cuerpo que servía como detector era neutro o carecía totalmente de electrificación. Ahora se considera que la atracción sólo es posible si están los dos cuerpos electrificados. Los cuerpos más aptos para adquirir electricidad ajena son los conductores, mientras que los más aptos para adquirir electricidad propia son los aislantes como el ámbar y la resina por ejemplo. Dufay lo expresa de la siguiente manera (tomado de Cid 1977):

“Si se frota una barra de vidrio adquiere electricidad propia, cuando el vidrio electrificado se acerca a un objeto metálico suspendido, el metal adquiere la electricidad, la interacción entre estas dos electricidades da como resultado el efecto de atracción. Debido a la

atracción el metal entra en contacto con el vidrio, una vez en contacto el metal adquiere electricidad ajena, produciéndose ahora un efecto de repulsión entre ellos. Si luego se acerca cualquier otro cuerpo frotado al metal, se puede presentar atracción o repulsión”.

En la primera parte del tratado sobre electromagnetismo de James C. Maxwell (1831 – 1879) se encuentra una problemática suya por caracterizar el comportamiento eléctrico desde un enfoque fenomenológico, en el que construye, a partir de experiencias de frotación, la condición eléctrica de inducción y conducción y, a partir de ellas, la cuantificación de la electrificación. Para Maxwell (1951) los efectos de atracción o repulsión sólo son posibles de observar entre cuerpos electrificados, es decir que no se puede presentar el caso en que un objeto electrificado pueda atraer a otro no electrificado. Por ejemplo, al frotar una barra de plástico y acercarla a un papelito (inicialmente no electrificado) debe ocurrir que este último adquiera un tipo de electrificación que le permita atraerse con la barra. Maxwell (1951) lo comenta de la siguiente manera:

“Ninguna fuerza, ya sea de atracción o de repulsión, se puede observar entre un cuerpo electrificado y uno no electrificado. Cuando, en cualquier caso, cuerpos que no estaban electrificados previamente, se comportan como un cuerpo electrificado es debido a que se han electrificado por inducción”

Al expresar que los cuerpos que antes no estaban electrificados, ahora lo están por inducción, Maxwell está haciendo una afirmación en la que hace posible que los cuerpos puedan evidenciar una condición eléctrica diferente a la frotación y es ésta condición la que hace posible que se pueda observar un efecto de atracción entre los dos cuerpos electrificados: uno por frotación y el otro por inducción

El carácter Dual

explicación sobre el comportamiento eléctrico de los cuerpos. Los nuevos fenómenos de atracción y repulsión explicados anteriormente por Dufay resultaron fundamentales. Sin embargo es el estudio de la repulsión eléctrica el que le lleva a plantear un interrogante que terminaría con el descubrimiento del comportamiento dual de la electricidad. Dos cuerpos electrificados con electricidad ajena se repelen, pero ya se preguntaba Dufay (tomado de Hankins 1988) si:

“… ¿son repelidos de igual forma por todos los posibles cuerpos electrizados? ¿Difieren únicamente los cuerpos electrizados en su grado de electrificación?

Pregunta que seguramente lo lleva a experimentar con diferentes sustancias y en la que Dufay (1734) concluye que:

“Un examen de estas cuestiones me llevó a un descubrimiento que nunca hubiera previsto…este principio es que existen dos tipos de electricidad muy diferente una de la otra; la una la llamo electricidad vítrea y a la otra electricidad resinosa. La primera es la del vidrio, cristal de roca, pelo de animales, lana y otros cuerpos, la segunda es la del ámbar, copal, goma, seda, hilo, papel y un vasto numero de otras sustancias. La característica de estas electricidades es que los cuerpos con electricidad vítrea repelen a los de la misma electricidad y, por el contrario, atraen a aquellos de electricidad resinosa”.

Comprender la existencia de dos clases de electricidad es posible si aceptamos, en principio, la distinción entre electricidad propia y electricidad ajena. Una barra frotada A con electricidad propia, se acerca a una esfera metálica B aislada y esta adquiere electricidad ajena; el efecto entre ellas es de atracción. Cuando la barra A toca la esfera B, el efecto ahora es de repulsión entre ellas. Si ahora otra esfera metálica C aislada y previamente electrificada de cualquier manera se acerca a B se pueden presentar dos situaciones: que el efecto sea o bien de atracción, o bien de repulsión

- Si el efecto es de repulsión, entonces quiere decir que el objeto (B) y el (C) manifiestan un mismo comportamiento con relación a (A)

- Pero si el efecto es de atracción, entonces es por que (B) y (C) manifiestan comportamientos diferentes con relación a (A)

Dufay tenia la firme convicción de que comportamientos iguales frente a un cuerpo electrificado de referencia (en nuestro caso, cuerpo A) significan la misma clase de electrificación (vítrea) y comportamiento distintos diferentes clases de electrificación (vítrea y resinosa), haciendo entonces evidente la existencia de dos tipos de electrificación (lo que los textos ahora denominan dos clases de electricidad, positiva y negativa). Al examinar además las acciones mecánicas entre cuerpos con la misma clase de electrificación, puede concluir que hay repulsión y con electrificaciones opuestas, atracción. Concluye además que cuando un cuerpo es electrificado por conducción, éste adquiere electrificación de la misma clase que la del cuerpo a partir del cual se electrifica.

Es de anotar como importante que la caracterización de la electricidad propia y ajena orientó a Dufay en sus experimentos; así, al final, encontrara que ellas no son una característica misma de los cuerpos electrificados y que la verdadera evidencia era la existencia de dos clases de electricidad.

Faraday, motivado por la existencia de las dos electricidades, realiza una serie de experimentos en los que destaca como ellas responden a dos tipos de acción completamente diferentes a pesar de que la fuerza es la misma.

Para ello presenta el siguiente experimento:

1. Una barra de laca frotada con franela (l1) está suspendida de un estribo de papel

barra de laca, también frotada con franela (l2) se acerca a la que se encuentra

suspendida y se observa que entre ellas hay un efecto de repulsión.

2. La barra (l1) está suspendida del estribo. Una tercera barra de vidrio frotada con

seda (V1) se acerca a la que se encuentra suspendida y se observa que entre ellas hay

un efecto de atracción.

Faraday (1965) lo explica diciendo que:

“Estamos tratando con dos tipos de acción completamente diferentes de todo lo que hemos

visto hasta ahora, aún cuando la fuerza es la misma”

Maxwell (1951) asume las dos electricidades como un comportamiento que permite clasificar el comportamiento de los materiales al ser frotados. Pero a diferencia de Dufay y seguramente retomando a Faraday y a Canton6 establece la importancia del material con el que se frota. Para ello Maxwell (1951) realiza el siguiente experimento:

“Friccione un trozo de vidrio y un trozo de resina, ninguno de los cuales exhibe ninguna propiedad eléctrica, y déjelos con las superficies rozadas en contacto. Ellos aún no exhibirán ninguna propiedad eléctrica. Ahora al separarlos se atraerán el uno hacia el otro”

“Si un segundo trozo de vidrio es friccionado con un segundo trozo de resina y si dejamos los pedazos separados y suspendidos en la vecindad de los pedazos anteriores, se puede observar.

1) Que los pedazos de vidrio se repelen entre si

6

Bachelard en el capitulo de “historia epistemológica del electrismo” del libro de epistemología de la física muestra como en 1753 Cantón reconoce que “una barra de vidrio esmerilado cogía electricidad resinosa si se la frotaba con franela y electricidad vítrea si se frotaba con una tela de seda oleosa y seca” concluyendo que las condiciones en que se realiza el frotamiento pueden modificar totalmente los fenómenos.

2) Que cada pedazo de vidrio atrae a cada pedazo de resina 3) Que los pedazos de resina se repelen entre si

Las propiedades eléctricas de los dos pedazos de vidrio son similares entre si, pero opuesta a aquéllas de los trozos de resina: el vidrio atrae lo que la resina repele y repele lo que la resina atrae. Si un cuerpo electrificado de cualquier manera que sea, se comporta como el vidrio lo hace, es decir, si repele el vidrio y atrae la resina, el cuerpo se dice que está vitreamente electrificado; y si atrae el vidrio y repele la resina, se dice que está resinosamente electrificado. Todos los cuerpos electrificados son electrificados vítrea o resinosamente”

Se aprecia que la intención de los investigadores es diferente a pesar de utilizar experiencias comunes. Dufay construye y organiza experiencias que le permitan llegar a proponer la existencia de dos tipos de electrificación, tomando inicialmente la atracción como indicio de electrificación. Faraday y Maxwell asumen como evidencia la atracción y la repulsión entre cuerpos electrificados y a partir de ellas muestran como el carácter dual es inferido a partir de ellas. Para Dufay, comportamientos iguales significaba misma clase de electricidad y comportamientos diferentes, distinta clase de electricidad. Este tipo de organización resulta significativo por cuanto permite hacer una organización de experiencias en las que surja la dualidad de la electricidad como un aspecto natural de una misma construcción de significados. Maxwell asume como hecho el comportamiento dual de la electricidad. Para Maxwell el problema se reduce a la frotación entre dos cuerpos y los efectos que presentan.

Si se hace un análisis de los libros de texto, se encuentra que ellos asumen el carácter dual de la electricidad al estilo de Maxwell y no consideran en ningún momento el trabajo de Dufay, porque no resulta significativo si lo que se busca es definir lo vítreo y lo resinoso. Es importante anotar que el aporte de Dufay a la teoría de campos es fundamental, ya que uno de los pilares de la visión de campos es el comportamiento dual del campo eléctrico y

por lo tanto se reconoce una acción del medio que se polariza.

Esquema 4:

Resumen interpretativo de las aportaciones sobre el carácter dual de la electricidad

Identificar la repulsión como debida al fenómeno eléctrico, posibilitó el descubrimiento del carácter dual de la electricidad y la configuración de nuevos centros de electrificación

6.1.5 Inducción y Polarización

El estudio del comportamiento de los objetos electrificados por influencia llamaron la atención al reconocerse finalmente como eléctrico el fenómeno de la repulsión. Sin embargo las dudas en torno a la atmosfera eléctrica sostenida por Gilbert y defendida por Franklin llevaron a profundizar su estudio.

Carácter dual De la Electricidad Atracción y Repulsión Electricidad propia Electricidad ajena Conducción E inducción

Dos electricidades Nuevos centros

De electrificación Nuevo orden y

Clasificación

Electricidad resinosa Electricidad vítrea

Michael Faraday, dedica bastante interés al estudio de la electrificación por influencia o mejor dicho inducción eléctrica. La inducción era reconocida como una de las formas de electrificar los objetos, pero no gozaba del estatus de originalidad que tenían la electrificación por frotamiento y por conducción (Tweney1985), ya que en las experiencias se observaba como, al alejar el cuerpo electrificado, la influencia que ejercía sobre otro desaparecía. A menor distancia mayor influencia y a mayor distancia, menor influencia. La distancia era determinante para dar cuenta de la inducción. Para los libros de texto, la electrificación por inducción sólo es posible cuando se obtiene carga neta diferente de cero. Es claro que, en esta presentación, la inducción (llamada influencia) no es una electrificación real ya que no hay carga neta diferente de cero. Esta presentación difiere de la que hace Faraday en la que considera que la inducción eléctrica (influencia) es genuina y con el mismo poder de acción que la electrificación por frotamiento y la electrificación por conducción.

Inducción eléctrica

En la teoría de campos propuesta por Faraday se aprecia que la inducción eléctrica es más que una de las formas de electrificar los objetos, va más allá, es elemento central y organizador de toda la teoría y a partir de la cual se articulan las explicaciones de los fenómenos eléctricos (Cantor, Gooding y James 1994). En una de las cartas enviadas a A.R. Philips en la Royal Society (1843), titulada “Sobre la acción inductiva electrostática”, comenta que los principios de la acción eléctrica inductiva son por muchos aceptados con un grado de duda u oscuridad, lo que hace que se le reste importancia; por eso presenta una serie de experiencias con las que pretende darle el status de elemento organizador de la teoría.

En una experiencia considerada en sus cartas, Faraday examina la electricidad inducida en un recipiente metálico por un objeto metálico electrificado ubicado en su interior. Al respecto Faraday (1843) comenta:

“Represente (A) en el diagrama una enfriadora de peltre aislada, de diez pulgadas y media de altura y siete pulgadas de diámetro conectada por un alambre con un delicado electrómetro de hoja de oro (E) y sea (C) una esfera de latón aislada por un hilo seco de seda blanca....a medida que (C) entra al recipiente (A) la divergencia de (E) aumentará hasta que (C) esté alrededor de tres pulgadas del borde del recipiente y permanecerá casi estacionaria y sin modificarse para cualquier descenso de ahí en adelante. Esto muestra que la acción inductiva es completamente ejercida sobre el interior del recipiente y en ningún grado directamente sobre los objetos externos”

El hecho de que no haya variación en las hojas del electrómetro le permite a Faraday establecer que la inducción eléctrica presenta el mismo comportamiento que la conducción eléctrica o sea que no son tan diferentes en su principio de acción como entonces se creía. Faraday establece entonces que la acción inductiva no depende de la distancia.

A continuación Faraday plantea que la acción inductiva es igual en cantidad y poder a la acción debido a la conducción y que por lo tanto las dos no se diferencian en su principio de acción. Al respecto dice:

“Si (C) es meramente suspendida en (A), ella actúa sobre el (recipiente) por inducción desarrollando electricidad de su propia clase sobre el exterior de (A), pero si (C) toca a