MICHAEL FARADAY nació en Newington, al sur de Londres, el 22 de septiembre de 1791, dos años después de la Revolución francesa, en el seno de una familia pobre, siendo el tercero de cuatro hijos. El padre era herrador de caballos y la madre de origen campesino. Ambos pertenecían a la Iglesia de los sandemanianos, fundada por Robert Sandeman (1718-1771), secta protestante fundamentalista cuya base doctrinal era la creencia literal en las Sagradas Escrituras y cuyas normas básicas de conducta eran el amor y un alto sentido de la comunidad, ambos presentes en Faraday toda su vida, a pesar de la injusticia social que sufrió y de las injusticias profesionales que resultaron de su admirado maestro Humphry Davy.
Su nacimiento tuvo lugar después de que sus padres se mudaron a Newington, muy cerca de Londres, con la intención de mejorar su situación económica, lo que no ocurrió, pues el mismo Michael menciona que disponía de un trozo de pan a la semana. Posteriormente se mudaron a Londres, donde el joven Faraday buscaría el camino que lo llevaría a la ciencia. Cuando tenía 19 años, trabajaba de aprendiz de encuadernador y empezaba a asistir a conferencias científicas, al morir su padre, su hermano Robert, también herrador de caballos, fue quien quedó a cargo de la familia. Su madre murió en 1838, un año después de que subió al trono la reina Victoria (1837-1901) cuando Faraday ya había hecho sus mayores contribuciones a la ciencia y era ya un notable científico.
En cuanto a los inicios de su educación, el mismo Faraday menciona: [1] *"Mi educación fue del tipo más corriente; consistió en poco más que los rudimentos de lectura, escritura y aritmética en una escuela diurna común. Las horas fuera de la escuela las pasaba en mi casa y en las calles." En 1804, a los 13 años, concluidos esos estudios, el librero George Riebau lo contrató como mensajero; era además repartidor de periódicos para alquiler. Ese mismo año ascendió a aprendiz de encuadernador; actividad en la que mostró gran capacidad y habilidad, de manera que cinco años más tarde contaba ya con dos ayudantes. El fácil acceso a los libros lo hizo un lector habitual; se despertó su pasión por la ciencia, según afirma, con la lectura del artículo "Electricity" de la Enciclopedia Británica, escrito por James Tytler, cuando la estaba encuadernando. Para Tytler todos los efectos eléctricos podían explicarse suponiendo la existencia de un fluido cuyas vibraciones podían explicar no sólo los fenómenos eléctricos sino los ópticos y los térmicos. Este artículo revisaba y enfrentaba las teorías más ortodoxas: la de B. Franklin (1706-1790) según la cual los cuerpos en estado normal poseen un fluido eléctrico y su electricidad, positiva o negativa, significa un aumento o disminución de esa cantidad de fluido y, la de Robert Symmer, quien anunció en 1759, ante la Royal Society, la teoría de la existencia de dos clases de electricidad o de dos fluidos, la electricidad positiva y la negativa que todo cuerpo en estado normal posee en cantidades iguales. La controversia indujo en Faraday el deseo de verificar alguno de los fenómenos ahí descritos y, para ello, construyó un pequeño generador electrostático con ayuda de botellas usadas y madera.
En el Londres de principios del siglo XIX el acceso a la educación y en particular a la ciencia no era fácil, a pesar
de que Benjamin Thompson (conde de Rumford) el 7 de marzo de 1799 fundó la Royal Institution of Great Britain, cuyo propósito era "...difundir el conocimiento y facilitar la introducción general de invenciones y mejoras mecánicas útiles, y enseñar, mediante cursos de conferencias filosóficas y experimentos, la aplicación de la ciencia a las finalidades comunes de la vida". Con todo y esto no había escuelas nocturnas ni cursos por correspondencia ni bibliotecas públicas. Faraday sin embargo tuvo la suerte, en febrero de 1810, de encontrar a un grupo de jóvenes con una pasión común por la ciencia, quienes se reunían en la que llamaron The City Philosophical Society los miércoles por la noche, en casa de John Tatum, quien después de sus conferencias abría su biblioteca a los miembros de la sociedad. Fue en dicha sociedad donde recibió una educación básica en ciencias con cursos sobre electricidad, galvanismo, hidrostática, óptica, geología, mecánica experimental y teórica, química, astronomía y meteorología. En muchos casos esos cursos eran sólo una recolección de observaciones que Tatum ilustraba experimentalmente. Fue ahí donde Faraday puso en operación una pila voltaica. Todas estas experiencias intensificaron su interés por la ciencia y lo llevaron a conocer el libro de Jane Marcet Conversations on Chemistry, muy diferente a los libros de química de la época, pues era más técnico y estaba dirigido a aquellos interesados en los cursos de Humphry Davy de la Royal Institution. El texto no era una recolección de observaciones ni de recetas, sino un gran plan o proyecto que promovía el mismo Davy, quien consideraba que la química era la llave para descubrir los misterios de la Naturaleza. Dentro de este gran plan podían considerarse como un todo los fenómenos relativos a las reacciones químicas, las relaciones eléctricas, los fenómenos térmicos y ópticos. Esta visión integral, al tratar simultáneamente gran cantidad de fenómenos, impactó nuevamente a Faraday, quien dirigió sus pensamientos hacia la química.
En la casa de Tatum conoció a varios jóvenes con los que posteriormente establecerá una estrecha amistad; entre ellos estaban Huxtable, estudiante de medicina, Abbot, oficinista, y Phillips, químico y posteriormente presidente de la Sociedad Química y director de Annals of Philosophy. Conoció además a Dance, miembro de la Royal Institution y cliente de la librería de Riebau, quien le ofreció cuatro boletos para asistir a las conferencias de H. Davy sobre química. Faraday tomó notas y las pasó en limpio con todo cuidado, las ilustró en color y además, discutió cada uno de los puntos de interés con los miembros de la Sociedad. En 1812 terminó su contrato con Riebau y empezó como oficial de encuadernación con De la Roche. Con esto se definía así una actividad que podría durar toda su vida, pero ese futuro no lo emocionaba mucho, sobre todo después de haber asistido a los cursos de Davy. En diciembre de 1812 le escribió a Davy pidiéndole empleo y a la solicitud anexó una copia encuadernada de sus notas de los cursos de química, un total de 386 páginas. En octubre Davy había sufrido un accidente en su laboratorio al explotarle un compuesto de cloro que le dañó los ojos y además, en esos momentos salía de viaje de bodas.
Algunos autores afirman que Faraday hizo la solicitud y otros, que Davy recibió la recomendación de tomar a Faraday como amanuense, pues estaba temporalmente imposibilitado por el accidente; de cualquier modo, Davy recibió las notas, pero sólo hasta marzo de 1813 se nombró a Faraday asistente del laboratorio de la Royal Institution, con salario y dos habitaciones a su disposición. Desde este momento, la relación entre ambos fue estrecha y fértil. Habiendo planteado ya el carácter inquieto de Faraday, es necesario esbozar ahora brevemente, la personalidad de Davy y los problemas en los que trabajaba, así como los modelos físicos y la filosofía natural que los sustentaban.
Humphry Davy (1778-1829), huérfano de padre, se inició como aprendiz en una botica en 1794, donde despertó su interés por la química y cuatro años más tarde fue superintendente de un hospital. A los veintiún años descubrió el gas hilarante o de la risa, un óxido nitroso cuyas propiedades estableció con el método más empleado por los químicos: experimentar sobre sí mismo. Se convirtió en un excelente conferencista sobre temas químicos, por lo que el conde de Rumford lo invitó a incorporarse a la Royal Institution, en 1801, como instructor asistente de química y director del laboratorio y, en 1802, fue promovido al cargo de profesor.
Hacia 1808 Davy había descubierto cuatro elementos nuevos: potasio, sodio, magnesio y calcio. El método que utilizó no habría sido posible sin el descubrimiento de la pila de Volta [2] en 1800 y sin la aplicación que de ella hicieron los ingleses Nicholson y Carlisle, quienes demostraron que la electricidad descomponía el agua en sus dos constituyentes, oxígeno e hidrógeno.
Frecuentemente los elementos se encuentran en la naturaleza formando óxidos, por ello, para obtener elementos puros es necesario eliminar el oxígeno empleando carbón, esto es, para obtener un elemento que se desconoce debe calentarse el óxido con carbón puro para formar monóxido y bióxido de carbono y así dejar libre el elemento de interés. Sin embargo, había algunas sustancias en las que no funcionaba ese procedimiento. Davy consideró que lo que no podía separarse con una reacción química se podría por las corrientes eléctricas, como en el caso del agua. Por ello construyó una batería eléctrica de 250 placas metálicas, la más potente en ese momento y envió corrientes intensas a través de la solución que contenía la sustancia por descomponer; sin embargo, no obtuvo buenos resultados pues sólo conseguía el oxígeno y el hidrógeno procedentes del agua. Eliminó entonces el agua y trató a la sustancia sólida sin resultados, hasta que probó con la sustancia fundida [12]. El 6 de octubre de 1807 hizo pasar corriente a través de potasa fundida, liberando así pequeños granos de un metal al que llamó potasio. Una semana después, del carbonato sódico, aisló el sodio. En 1808 aisló varios metales de sus óxidos, siguiendo el método propuesto por Berzelius, agregando mercurio a la cal obtuvo, con el paso de la corriente, una amalgama de la cual aisló una sustancia a la que llamó calcio. De manera similar obtuvo el magnesio, el estroncio y el bario. Posteriormente en 1810 mostró que el gas verde obtenido del ácido clorhídrico por Scheele (1742-1786) —muerto prematuramente por la costumbre de entonces de oler y gustar para caracterizar a los compuestos químicos nuevos— que se pensaba que era un óxido, en realidad era un elemento y lo llamó cloro. Mostró entonces que el ácido clorhídrico no contenía oxígeno, con lo que descalificaba la teoría de Lavoisier; que postulaba que el oxígeno (engendrador de ácidos) era un componente necesario de los ácidos.
Davy inventó el arco eléctrico de alumbrado y en 1815 inventó la lámpara de seguridad usada por los mineros. En 1818 se le otorgó el título de barón y en 1820 fue electo presidente de la Royal Society en sustitución de Joseph Banks, quien en 1808 recibió la comunicación del descubrimiento de Volta. Se dice además que uno de los mayores descubrimientos de Davy fue Faraday, sobre el cual ejerció una dominante influencia intelectual.
Davy además, escribía poesía, pescaba y estaba interesado en la metafísica [3, 9]. Como parte de la tradición científica inglesa de esa época que proporcionaba al químico una guía, estaba el texto de Gowin Knight, An Attempt lo Demonstrate that all the Phenomena in Nature May Be Explained by Two Simple Active Principles, Attraction and Repulsion (1748). Dicho texto era fácil de conseguir en la biblioteca de la Royal Institution y seguramente, tanto Davy como Faraday, lo conocían. Knight reducía la materia a fuerzas de atracción y de repulsión, y asociaba una clase de materia a cada tipo de fuerza, y dicha asociación generaba el conjunto de fenómenos observados. Otra teoría rival y contemporánea de la primera, era la del jesuita Rudjer Boscovich, quien en su Philosophiae naturalis Theoria redacta ad unicam tegem virium in natura existentium de 1758 [15,20], a diferencia de Knight, combinaba las fuerzas atractivas y repulsivas en un solo átomo. El átomo era reducido a un punto rodeado de cáscaras alternantes de fuerzas positivas y negativas de diferentes intensidades; sin embargo al acercarse al origen la fuerza repulsiva tendía al infinito, lo que preservaba su propiedad de impenetrabilidad. Muy lejos del origen de fuerzas, más allá de las cáscaras envolventes, la interacción dominante era la atractiva, con una dependencia inversamente proporcional al cuadrado de las distancias, como en la ley gravitacional de Newton. Los átomos de Boscovich retenían todas las propiedades de los corpúsculos de Newton; las fuerzas repulsivas le daban solidez, impenetrabilidad y elasticidad; la existencia de fuerzas en el espacio le daba extensión. Pero las mayores ventajas de este modelo eran para la química, pues las cáscaras permitían la formación de compuestos, unos más estables que otros. Igualmente, los cambios de estado podían entenderse mejor; pues la estabilidad de los estados en un intervalo de temperaturas podía relacionarse con las fuerzas atractivas y repulsivas alternantes entre las partículas constituyentes. Todas estas ideas no tenían aceptación entre los químicos; en particular Lavoisier las rechazó ampliamente por estar tan alejadas de los hechos, por ser puramente metafísicas. Davy, conocedor de estas ideas, no hizo uso de ellas hasta después de convencerse de que el cloro no era un compuesto de oxígeno, como demandaba la teoría de Lavoisier, sino un elemento y que la acidez era resultado de la forma molecular y no de la
existencia de un, ponderable o imponderable, acidificador. Con esto en mente, Davy se dedicó a analizar ácidos y, además, estableció que el diamante es carbón puro. También mostró que la diferencia enorme en sus propiedades era consecuencia únicamente de la modificación del arreglo geométrico de las partículas de carbón. Fue justamente en ese periodo que Faraday ingresó al servicio de Davy en la Royal Institution y no hay duda de que fue introducido a la teoría de Boscovich, como se podrá apreciar en sus comentarios, veinte años más tarde.
Durante sus primeros meses en el laboratorio, Faraday sufrió, junto con Davy, varios accidentes al trabajar con compuestos de cloro y al final del año recibió de éste la proposición de acompañarlo en un viaje por Europa como asistente. En octubre de 1813, a los 22 años, emprendió el viaje en el que no sólo fue un asistente científico hábil, con ingenio e iniciativa, sino que además atendió las necesidades personales de los Davy, resultando un mozo a su servicio. Por ello, en muchas ocasiones, en reuniones científicas que se prolongaban hasta la cena, era excluido de la mesa, con pesar suyo y de los invitados. Viajó con Davy y su esposa a Francia, Italia, Suiza, Alemania, Holanda y Bélgica. Hay que recordar que en esa época Inglaterra estaba en guerra con Francia, a pesar de lo cual se permitía que los científicos de ambas naciones viajaran por sus territorios y en esa ocasión hubo una autorización especial de Napoleón para el libre tránsito de estos científicos. El viaje duró año y medio y durante el mismo, Faraday tuvo la oportunidad de conocer y trabajar con científicos europeos; así fue testigo de importantes descubrimientos.
En París conoció a Ampere, amigo de Dayy, quien les presentó una sustancia recientemente extraída de una alga marina por Courtois, descubridor del yodo. Davy y Faraday determinaron las propiedades de ese nuevo elemento. En Ginebra realizaron experimentos con el pez torpedo eléctrico, del cual Henry Cavendish había hecho un modelo con botellas de Leiden, y en Florencia Faraday fue testigo de cómo Davy, utilizando una lente del duque de Toscania, quemó un diamante, con lo que demostró que era carbón puro. En Milán conoció a Volta (1745-1827).
A su regreso a Londres, en abril de 1815, Faraday dedicó todo su esfuerzo a la química, leyendo las revistas científicas accesibles a él; llevaba un registro bibliográfico de lo que leía o le resultaba interesante. Esto no le impidió continuar su relación con The City Philosophical Society, donde impartió cursos sobre los estados de la materia, las propiedades de los metales, etc. [13]. Además organizó reuniones científicas en sus habitaciones en la Royal Institution. Su primer trabajo, publicado en 1816, tiene el titulo "Analysis of Caustic Lime of Tuscany"; el cual consta de dos páginas; a éste siguió una serie de artículos cortos, sin secuencia, sugeridos por los trabajos de Davy y W. T. Brande, sucesor de Davy como profesor de química en la Royal Institution. También en 1816 impartió su primera conferencia, en la Royal Institution, como profesor; sobre "Propiedades generales de la materia". En 1817 publicó seis artículos cortos; en 1818 once artículos sobre la combustión del diamante, etc., y en varios artículos hechos con la colaboración de Phillips anunció ante la Royal Society la contribución más importante hasta ese momento: la creación de nuevos compuestos de cloro- carbón.
Por la década de 1820 Faraday ya había conseguido una buena reputación como químico analítico. Algunos organismos oficiales solicitaban su opinión; en particular, un comité del parlamento investigó la confiabilidad de la lámpara para mineros, que inventó Davy, pidiendo la asesoría de Faraday. Éste afirmó que la lámpara no era tan confiable como Davy aseguraba. A partir de esto empezó un distanciamiento entre ambos; es posible agregar también que el ingenio y el intenso trabajo sobre varios problemas a los que Faraday fue introducido, produjo un fuerte resentimiento en Davy.
Faraday también inició investigaciones según sus intereses; por ejemplo, ya que la ignición de vapores de aceites era importante para el desarrollo de la iluminación de Londres, estudió varios aceites que podían ser usados en el calentamiento de habitaciones y en la iluminación, lo cual lo llevó a descubrir el benceno en 1825.
En 1818, junto con James Stodart, realizó una serie de experimentos sobre aleaciones de aceros, con el fin de hacerlos más resistentes a las inclemencias del tiempo, pero como había empleado metales raros como platino, rodio y plata, no se pudieron producir industrialmente. En 1821 Faraday se casó con Sarah Barnard, hermana de uno de los miembros de The City Philosophical Society, quien, al igual que Michael, era sandemaniana, y cuyo padre era pastor. Se dice que alrededor de 1840 sustituyó a su suegro como predicador durante tres años.
Aunque en los primeros años la principal actividad de Michael Faraday se centró en la química, su viejo amigo Phillips, ahora director de los Annals of Philosophy, lo hizo regresar a la electricidad cuando en 1821 le pidió que escribiera una revisión sobre los trabajos de electromagnetismo de Oersted, Ampere y Biot-Savart, aparecidos el año anterior. El primer descubrimiento de Faraday sobre el electromagnetismo se realizó el 3 de septiembre de 1821 pues, como era habitual en él, repitió cada uno de los experimentos que tenía que reportar. Al repetir el experimento de Oersted con una aguja magnética localizada en diversos puntos alrededor de un alambre que
conducía una corriente, Faraday encontró que la fuerza ejercida por la corriente sobre el imán era de naturaleza circular. Inmediatamente construyó un rotor electromagnético basado en esta idea [19]. Entonces, una barra magnética fija en un extremo podía girar alrededor del alambre que conducía la corriente, a lo largo de la línea de fuerza que actuaba sobre el polo móvil. Diseñó además otro dispositivo con el imán fijo y con uno de los extremos del alambre conductor móvil, pero que tocaba levemente la superficie del mercurio que utilizó para cerrar el circuito. El alambre que transportaba la corriente giraba alrededor del imán; así con estos dos dispositivos, demostraba el acuerdo con la tercera ley de Newton, pues el imán también ejercía una fuerza sobre el alambre. Estos experimentos, que de hecho constituyen la transformación de energía eléctrica en mecánica, proporcionan el principio básico de los motores eléctricos. Sin embargo, la línea de desarrollo para la construcción de los motores se inició en un descubrimiento posterior; en 1831: la inducción electromagnética [5].
En ese momento Davy ya era presidente de la Royal Society y Wollaston vicepresidente. Este último le había sugerido a Davy, unos meses antes, que un alambre conductor de corriente debería torcerse en presencia de un imán. El resultado experimental de Faraday era claro y definitivo y buscó a Wollaston para comentarle su descubrimiento. Al no encontrarlo y, en ausencia de Davy, Faraday publicó su trabajo sin referirse a la idea de Wollaston, lo cual hizo que pronto se le acusara de deshonesto. Después de varias entrevistas con Wollaston, el problema quedó aclarado, y sin ningún resentimiento, éste lo felicitó por su descubrimiento, pero eso no alteró el malestar de Davy, quien, en 1823, insistió en la calumnia contra Faraday. Ese trabajo también le causó problemas con Ampére, pues éste proponía, como era dogma después de Newton, que todas las fuerzas en la naturaleza eran centrales.
Mientras tanto, era difícil para Faraday realizar investigaciones independientes salvo en los momentos en que Davy se ausentaba. Durante esos periodos Faraday trató de formar nuevos compuestos de cloro o su descomposición química. Al regresar de un viaje, Davy le sugirió hacer el proceso en un recipiente cerrado. Faraday calentó en un tubo de vidrio cerrado uno de los compuestos de cloro para estudiar su descomposición; realizó el experimento en presencia de uno de los amigos de Davy, el doctor Paris; ambos quedaron sorprendidos al observar la aparición de pequeñas gotitas de un líquido en el extremo frío del tubo. Al día siguiente, Faraday confirmó que el líquido era cloro licuado. No sólo era importante en la licuefacción el aumento de presión creado por el calentamiento, sino que también la temperatura tenía un papel relevante, pues el líquido se había depositado en el extremo frío del recipiente. Posteriormente, en 1826 y en 1845, regresó al mismo problema, sumergiendo un extremo del recipiente en una mezcla frigorífica consiguió licuar muchas otras sustancias. Sin embargo, había otras que no presentaban signos de licuefacción como el oxígeno, el nitrógeno, el hidrógeno, etc., por lo que los llamó gases permanentes. La temperatura más baja que Faraday obtuvo fue 163° K (-110° C). Algunos autores consideran que en la licuefacción del cloro en 1823, la influencia de Davy fue mínima; otros en cambio consideran que la sugerencia de Davy de calentar los cristales de hidrato de cloro en un tubo de vidrio cerrado se apoyaba en el modelo de Boscovich, el cual permitía visualizar el efecto que tendría el calentamiento. Esto es, al aumentar la agitación molecular, los enlaces de hidrógeno se romperían, permitiendo así una asociación más íntima y estable entre los átomos de cloro.
En 1823 Phillips decidió hacer a Faraday miembro de la Royal Society, por lo que le pidió a Wollaston que encabezara la lista de los 29 miembros que debían proponerlo, a lo cual accedió al igual que los restantes miembros, salvo Davy, entonces presidente de la institución. El 8 de enero de 1824 se nombra a Faraday socio de la Royal Society en votación secreta, con un voto en contra.
Posteriormente Davy enfermó y se retiró de la dirección de la Royal Society en 1825, ocupando Faraday su lugar. El difícil acceso a la educación y a la ciencia en aquella época, para personas como él, lo motivó el resto de su vida a organizar múltiples conferencias dirigidas sobre todo a los jóvenes. A partir de ese momento Faraday las instituyó e invitó a todos los miembros de la institución a impartirlas los viernes por la tarde. Muchas de ellas fueron impartidas por el propio Faraday y era tal su reputación de buen conferencista que era habitual la asistencia de oyentes como Eduardo, príncipe de Gales, el duque de Edimburgo, etc. Esto le permitió extender su influencia científica entre los políticos victorianos.
Faraday además impartía cursos en la Royal Military Academy, era miembro del Scientific Advising Committee of the Admiralty y asesor científico de The Trinity House, la institución que estaba a cargo de los faros del país. En 1826 inició además cursos de Navidad, especiales para niños. Justo en diciembre de 1826, Davy sufrió un ataque de parálisis, renunció a la Royal Societ, y finalmente, murió en Suiza en 1829.
Habiendo muerto Wollaston y Davy, Faraday pudo regresar con toda libertad a sus estudios sobre electricidad que, aunque explícitamente interrumpidos, habían estado en sus pensamientos desde entonces. Recordemos que 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. La visión que tenía entonces Faraday del electromagnetismo era muy diferente de la de sus contemporáneos, quienes, obligados por la tradición, trataban de explicar los fenómenos en razón de los fluidos eléctricos, de la acción a distancia y de las fuerzas centrales. Al principio Faraday consideró que las moléculas del medio por donde fluía la corriente se encontraban en un estado de esfuerzo que se trasmitía a los alrededores: el estado electrotónico. ¿Este estado de esfuerzo podía ser transmitido y provocar un estado de esfuerzo en un alambre cercano? En su cuaderno de notas en 1822 escribió "convert magnetism into electricity"; esto es, habiendo encontrado que una corriente produce un efecto magnético, era natural preguntarse por el efecto inverso ¿de qué manera los imanes pueden generar un efecto eléctrico? Entre 1822 y 1831 en cuatro ocasiones, investigó varias posibilidades y además trató de examinar el estado de esfuerzos generado en un medio que trasmite una corriente, analizando con luz polarizada una celda electrolítica en operación, con resultados negativos. Era costumbre en Faraday que tan pronto como hacía experimentos en un área, a continuación lo hiciese en otra, pero motivado por el modelo que tenía en mente. Por ejemplo, en el lapso señalado también estuvo interesado, a petición de la Royal Society, en el desarrollo de vidrios ópticos cuya naturaleza estudió, así como en su perfeccionamiento y producción. La calidad de los vidrios obtenidos fue tal que le pidieron que se encargara de su producción industrial; no aceptó, pero les entregó sus notas para que los produjeran. Casi simultáneamente apareció en la revista de la Royal Institution la traducción de los trabajos de Fresnel sobre la teoría ondulatoria de la luz, que proporcionaban el soporte teórico a su trabajo sobre los vidrios.
También entre 1828 y 1830 estuvo trabajando en otro fenómeno ondulatorio: la propagación del sonido. Faraday presentó ante la Royal Institution los trabajos realizados por Charles Wheatstone sobre la propagación ondulatoria del sonido, en una serie de conferencias en la que él no era el único expositor; pues también participaban algunos músicos. Uno de los efectos que más motivaron a Faraday fueron las figuras de Chladni que pueden apreciarse fácilmente con ayuda de arena fina depositada sobre una lámina. Dichas figuras son producidas por la redistribución de arena sobre la lámina, debido a las vibraciones generadas por un violín. Este fenómeno muestra la inducción acústica, en la cual el aire sirve como medio transmisor de la vibración de la cuerda del violín hasta la lámina con arena. En su cuaderno de notas no hay ningún comentario que indique alguna relación entre dicha inducción acústica y la que él buscaba desde 1822. Los primeros seis meses de 1831 Faraday los dedicó a la generación de todo tipo de figuras de Chladni, estudiando el efecto de la densidad del aire en la vecindad de la lámina vibrante. Posteriormente, en marzo de 1831, después de descubierta la ley de inducción electromagnética, entregó un escrito al cuidado de la Royal Society en donde estableció una analogía entre los fenómenos acústicos y los electromagnéticos [10]. A continuación presentamos un extracto.
Algunos resultados de las investigaciones incluidas en los dos artículos intitulados "Experimental Researches in Electricity" recientemente leídos ante la Royal Society y los aspectos que de ellos emanan, en conexión con otros aspectos y experimentos, me conducen a creer que la acción magnética es progresiva y que requiere tiempo; esto es, que cuando un imán actúa sobre otro imán o un pedazo de fierro distante, la causa de la influencia (que por el momento llamaré magnetismo) avanza gradualmente desde los cuerpos magnéticos y requiere tiempo para su transmisión, que probablemente se encuentre que es muy sensible.
Pienso también que veo la razón para suponer que la inducción eléctrica (de la tensión) se lleva a cabo en un tiempo progresivo similar.
Me inclino a comparar la difusión de las fuerzas magnéticas, a partir de un polo magnético, a las vibraciones sobre una superficie de agua en equilibrio, o con aquellas del aire en el fenómeno del sonido; es decir, me inclino a pensar que la teoría vibracional se aplicará a estos fenómenos, como lo es al sonido y muy probablemente a la luz.
Por analogía, pienso que puede ser posible también su aplicación a los fenómenos de tensión.
Desearía trabajar estos aspectos experimentalmente, pero, como mucho de mi tiempo está comprometido con los deberes de mi oficina y como los experimentos serían prolongados y pueden ser sujetos a las observaciones de otros, deseo, al depositar este artículo al cuidado de la Royal Society, tomar posesión y derechos, en el caso de que en alguna fecha sean confirmados experimentalmente, para reclamar el crédito por estos aspectos en esa fecha, ya que hasta donde yo sé, nadie es consciente de ellos ni puede reclamarlos más que yo.
En junio de 1831 (recordemos que Maxwell nació el 13 de junio de ese mismo año) tuvo conocimiento del electroimán construido por Joseph Henry de Albany, Nueva York, con el cual se podían levantar 300 kilogramos de hierro; pero lo realmente importante era que al invertir la polaridad de las conexiones eléctricas, el peso permanecía suspendido un corto tiempo, lo que indicaba que no eran los fluidos eléctricos los que tenían que ver en estos fenómenos, sino las propiedades mismas de la materia. En agosto, Faraday estaba ya convencido de que la electricidad y el magnetismo eran ondas que se propagaban en un medio material. Faraday construyó dos bobinas en los lados opuestos de un anillo de hierro, el medio material; una batería era insertada en el circuito abierto de la primera bobina y al cerrarlo la magnetizaba; finalmente, un galvanómetro insertado en la segunda bobina detectaría cualquier posible corriente. En muchas ocasiones Faraday había hecho mediciones similares, pero lo había hecho conectando el circuito secundario, después de generar la corriente en el primario; pero ahora sabía lo que buscaba. Justamente al igual que una lámina vibrante producía patrones de vibración sobre otra lámina vecina, ahora las ondas generadas por una corriente en el circuito primario producían un patrón o estado en el secundario, a través del medio material: el núcleo de hierro. El circuito era pues el detector de la onda producida por el primario. Nótese que este diseño es la versión elemental de los transformadores.
Dos meses más tarde Faraday descubrió la manera en que un imán permanente generaba una corriente eléctrica; el 17 de octubre anunció la producción de efectos eléctricos por medios magnéticos. Para llegar a este punto fue necesario construir varios dispositivos experimentales, lo que se fue simplificando poco a poco hasta lo esencial. A diferencia del experimento de agosto, en el que usó una batería para generar la corriente en el circuito primario, ahora empleó sólo imanes y alambres enrollados alrededor del núcleo de hierro. Después, eliminando el núcleo de hierro, observó que se inducía una corriente al introducir un imán en el interior de la bobina y que había un cambio de signo de la corriente cuando el imán a su vez era retirado. Finalmente, empleó un solo anillo conductor y obtuvo la corriente inducida tan sólo haciéndolo pasar cerca del imán. En todos estos experimentos el aspecto común era el movimiento relativo entre el conductor y el campo magnético. Los dispositivos experimentales que construyó inicialmente, incluían como medio material al núcleo de hierro, porque permite la transmisión de ese estado de tensión electrotónico o vibración, posteriormente los redujo a lo esencial cuando indujo una corriente en un aro tan sólo moviéndolo en presencia de un campo magnético. Habiendo eliminado el medio material, receptor y transmisor de la señal proveniente del imán en movimiento, dirigió toda su atención al concepto de líneas de fuerza, señalando que para generar una corriente era necesario que el conductor cortara líneas de fuerza magnética. El 28 de octubre realizó otro experimento con el que resultó el prototipo del generador eléctrico, el cual producía una corriente continua a partir del magnetismo. El dispositivo consistía en un disco delgado de cobre que rotaba, alrededor de su eje, entre los polos de un imán permanente. Dos conductores hacían un contacto deslizante, uno en la orilla del disco y otro en el eje y, ambos extremos finalmente, quedaban unidos a un galvanómetro para cerrar el circuito. El galvanómetro indicaba que, mientras el disco girara, se produciría una corriente continua.
Al producir electricidad a partir del movimiento mecánico Faraday inventó el generador eléctrico, pero aún tuvieron que transcurrir 50 años para que se construyeran generadores eficientes y para que se acelerara aún más la Revolución Industrial; también fue necesario que transcurrieran varios años para que se aceptaran las líneas de campo, hasta que James Clerk Maxwell entró a escena, en 1856, cuando publicó su trabajo titulado Sobre las líneas de fuerza de Faraday, en el que empleaba el lenguaje matemático que requerían los descubrimientos de Faraday. También 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.
Durante los últimos meses de 1832 Faraday desvió su atención hacia el estudio de la identidad de la electricidad producida por diferentes mecanismos, como generadores electrostáticos, celdas voltaicas, termopares, inducción y peces eléctricos. Para ello, llevó a cabo una amplia búsqueda bibliográfica sobre efectos similares de las diferentes formas de electricidad, repitiendo los experimentos pero en muchas ocasiones obtenía resultados diferentes de los que habían reportado los autores [1], lo que lo llevó a diseñar aparatos de medición más precisos. Pero el objetivo de todo esto era determinar la verdadera naturaleza del estado electrotónico. En primer lugar tenía que mostrar; aunque lo creía firmemente, que todas las electricidades, independientemente de cómo habían sido generadas, eran idénticas. Después era necesario determinar qué era lo que producía ese estado de tensión, cuyo relajamiento al cerrar el circuito generaba una corriente, y cómo ésta, a su vez, generaba un campo magnético.
Por ejemplo, ¿en qué consiste el estado electrotónico en una celda electrolítica o en un sólido aislante? El examen cuidadoso del fenómeno de descomposición electrolítica llevó a Faraday a enunciar las leyes cuantitativas de la electroquímica. ¿De qué manera una cantidad dada de electricidad estaba en relación con los productos de la
descomposición electrolítica? La primera ley de la electroquímica establece que la masa liberada en un electrodo es proporcional a la cantidad de electricidad que se hace pasar a través de la solución, y la segunda ley nos dice que, para sustancias diferentes, el peso depositado por una cantidad de electricidad es proporcional a su correspondiente peso químico equivalente. Para ejemplificar; recuérdese que el peso equivalente del oxígeno es 8, su peso atómico es 16, y su peso molecular 32. En 1881 Hermaun von Helmholtz señaló que para que estas leyes tuviesen sentido era necesario que, al igual que la materia, la electricidad se pudiera dividir en pequeñas unidades. En otras palabras, esto quería decir que había átomos de electricidad.
Hay que señalar también que 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.
A continuación Faraday mostró experimentalmente que los componentes de una sal binaria, en la solución, migraban en direcciones opuestas hasta ser depositadas en las terminales. Para justificar tal comportamiento arguyó que la corriente eléctrica "exalta" a los componentes de la molécula en direcciones opuestas, permitiendo que cada componente intercambie sucesivamente a su pareja en su migración hacia la terminal.
De esta manera Faraday probó la identidad de las electricidades, y además, motivado por la unidad de los fenómenos físicos, mostró que la electricidad no sólo tenía que ver con la afinidad química, como ya lo sabía el mismo Davy, sino que era responsable de ella [Philosophical Transactions, 1834, párrafo 852]. Con el modelo descrito en el párrafo anterior mostró también que las terminales no eran las que actuaban a distancia, sino que eran las fuerzas intermoleculares generadas por la tensión impuesta por la fuerza eléctrica las responsables de la descomposición química. De sus estudios en electroquímica había adquirido una visión que nadie en ese momento poseía. Inició entonces sus estudios sobre los dieléctricos y en 1838 desarrolló toda una teoría coherente de la electricidad. En 1839, después de ocho años de trabajo intenso, sufrió un ataque de nervios del cual realmente nunca se recuperó. Durante los siguientes cinco años fue incapaz de concentrar su mente en los fenómenos eléctricos y magnéticos y se dedicó en cambio a las labores de la Royal Institution y de nuevo a la condensación de los gases.
En 1844 hizo un viaje de descanso a Suiza, durante el cual publicó un trabajo en donde probaba, a su satisfacción, que sólo los átomos de Boscovich eran compatibles con los fenómenos de conducción y no conducción en cuerpos. Este trabajo establecía el inicio de otro periodo de actividad que se vio reforzado por una carta de William Thomson (lord Kelvin), quien le comentó el éxito de su tratamiento matemático de las líneas de campo en algunos problemas y además le sugirió algunos experimentos para probar sus resultados. Uno de estos experimentos, que Faraday ya había intentado en 1821, consistía en examinar el efecto de la acción eléctrica aplicada a un dieléctrico, sobre la luz polarizada. Realizó el experimento pero no obtuvo sino los mismos resultados negativos que hasta entonces; sin embargo, ahora no abandonó el problema, pues ya sabía que los fenómenos eléctricos y magnéticos estaban conectados. Obtuvo luz polarizada de la reflexión en un espejo y la hizo pasar a través de diferentes medios, cristal de calcita, turmalina, etc., inmersos en un campo magnético, sin que se diera algún cambio en la polarización. Sólo hasta que empleó un vidrio de alto índice de refracción que él mismo construyó, pudo observar la rotación en el plano de polarización, rotación que se invertía si se invertía el campo magnético. Este es el efecto Faraday, descubierto el 13 de septiembre de 1845. Esto también le sugirió que el magnetismo no era una propiedad de algunas sustancias como el hierro, el níquel y el cobalto, sino que debía estar presente en toda la materia. No todos los materiales responden de la misma manera ante el campo magnético. Algunos, como el hierro, se alinean a las líneas del campo magnético y lo intensifican en su interior; otros, como el bismuto, lo hacen transversalmente a las líneas de campo magnético, expulsando las líneas de campo de su interior. Faraday denominó a los primeros paramagnetos y a los segundos diamagnetos.
A continuación y, sorprendentemente, pues si hubiera tenido resultados positivos habría descubierto el espín del electrón, realizó otro experimento con una llama colocada entre los polos de un imán, a la que inyectó sales de sodio y litio para estudiar su espectro; pero no pudo detectar alteraciones por el campo magnético, aunque años más tarde, en 1896, Zeeman sí observó el desdoblamiento de las líneas espectrales. El efecto Zeeman tuvo un papel muy importante en el estudio de la estructura y propiedades magnéticas de los átomos y en particular del espín y del momento magnético del electrón.
Finalmente su visión unificadora de la naturaleza lo llevó a declarar; en su Bakerian Lecture de 1850, titulada "On the Possible Relation of Gravity to Electricity", que
La larga y constante persuasión de que todas las fuerzas de la naturaleza son mutuamente dependientes, ya sea teniendo un origen común, o siendo más bien manifestaciones diferentes de un poder fundamental, a menudo me ha llevado a pensar en la posibilidad de establecer, mediante la experimentación, una conexión entre la gravedad y la electricidad, introduciendo así a la primera al grupo, de tal forma que la cadena de las mismas, incluyendo al magnetismo, las fuerzas químicas y al calor, ligue a tantas y tan variadas manifestaciones de la fuerza mediante relaciones comunes.
Su última conferencia ante la Royal Institution fue el 20 de junio de 1862, cuando tenía setenta años. Cuatro años antes, en 1858 se le proporcionó una de las Casas de Gracia y Favor, de la reina Victoria. Ahí murió nueve años más tarde, el 25 de agosto de 1867.
La extensión y profundidad del trabajo de Faraday puede resumirse en esta cita de L. P. Williams [9]:
Como Berzelius, Faraday fue un químico analítico de considerable habilidad; como Gay-Lussac y Dalton, fue aplaudido por la comunidad científica por su trabajo sobre gases; como Oersted y Ampère, creó una nueva época en el estudio del electromagnetismo; como Fresnel y Young, hizo contribuciones fundamentales a la teoría de la luz; como sir Humphry Davy, fue fundador de la electroquímica, sin embargo, a diferencia de estos hombres, trabajó casi simultáneamente en todos estos campos.
Sus cenizas se encuentran en una modesta tumba en el cementerio de Highgate.
El filósofo debe ser un hombre dispuesto a escuchar todas las sugerencias, pero determinado a juzgar por sí mismo. No debe dejarse influir por las apariencias; no debe de tener hipótesis favorita alguna; no pertenecer a escuela alguna; en doctrina, no poseer maestro alguno. No debe aceptar criterios de autoridad, sino de realidad. La verdad debe ser su objetivo primario. Si a estas cualidades se agrega la laboriosidad, puede en verdad aspirar a hablar dentro del templo de la naturaleza.
