Michael Faraday nació en Newington, al sur de Londres, el 22 de septiembre de 1791 en el seno de una familia de pocos recursos. Sus padres, James y Margaret Faraday, inicialmente vivían en el campo. James era de oficio herrero y Margaret empleada domestica. Michael Faraday tuvo una muy limitada educación formal: no recibió una preparación formal en ciencia y matemáticas, y a los 13 años presentaba dificultades para leer y escribir, de tal forma que abandonó la escuela.

Según las tradiciones de la clase trabajadora en aquel entonces, debió encontrar un trabajo, en el que empezó como aprendiz, etapa en la cual adquiriría la destreza que le permitiera ganarse la vida, inicialmente para él y eventualmente para sostener a su propia familia. Fue así como encontró un empleo de mensajero con George Riebau, que encuadernaba y vendía libros y artículos de escritorio en la localidad. El empleo no requería que supiera leer, se limitaba a deambular en la vecindad, que él conocía bien. Al señor Riebau le complació el carácter de Faraday y pronto lo ascendió a aprendiz de encuadernador. Este nuevo trabajo fue una gran oportunidad, ya que lo estimuló no sólo para que se familiarizara con el exterior de los libros, sino con su interior.

Como novicio, el joven Faraday tenía mucho que aprender y su trabajo no era fácil. La encuadernación fue una de las pocas artesanías que había sobrevivido a la Revolución Industrial, ya que requería una concentración mental y una destreza manual que ninguna máquina y muy pocas personas podían llevar a cabo. Impresionado por el interés tan extendido de aquella época por los libros, la actitud del joven Faraday hacia la palabra impresa empezó a cambiar: al sentirse frustrado por la dificultad de leer el contenido de los libros que encuadernaba, empezó por su cuenta a mejorar su aprendizaje de la lectura. Aunque fue un proceso arduo y laborioso, en cuestión de meses compensó todo lo que no aprendió durante aquellos años que pasó en la escuela pública. Un buen día, mientras cosía la última edición de la Enciclopedia Británica, la vida de Faraday cambió para siempre. Al leer el artículo “Electricity” escrito por James Tytler, se interesó por esta área y averiguó que, aunque los estudiosos del tema conocían aquel fenómeno –por cierto, invisible desde hace siglos–, todavía no habían logrado saber en qué consistía.

Mientras leía y disfrutaba los libros que caían en sus manos, Faraday se sentía frustrado por no contar con el dinero que le permitiera pagar la entrada a las conferencias que se ofrecían en la Real Sociedad (Royal Society) y en particular las que daba Humphry Davy, el famoso químico y director de la sociedad antes mencionada. En la Inglaterra de esa época, no había una remuneración económica para quienes se dedicaban a la ciencia, de modo que los únicos que podían hacerlo eran gente rica. Riebau simpatizó tanto con aquel deseo que tenía Faraday de superarse, que cedió a su ruego de habilitar un pequeño laboratorio dentro de las instalaciones del taller. Así fue como este joven pudo realizar experimentos que leía en los libros y anotar cuidadosamente los resultados en un pequeño diario.

En uno de los libros que leyó, aprendió cuatro formas de acercarse a la ciencia: asistir a conferencias, tomar cuidadosas notas, mantener correspondencia con personas de intereses similares y unirse a un grupo de discusión. En 1810, ante la imposibilidad de pagar la asistencia a las conferencias que le interesaban, se unió a un grupo de discusión formado por jóvenes trabajadores que aspiraban a mejorar su situación en la vida. Todos los miércoles a las ocho de la noche, con permiso de su jefe Riebau, Faraday dejaba su trabajo y caminaba a la casa de un maestro de ciencia llamado John Tatum. En estas reuniones, ya fuera Tatum o bien alguno de los asistentes daba una charla sobre algún tema de su elección. Faraday siempre escuchaba con atención y tomaba notas con cuidado. Tenía planeado encuadernar todas sus notas para formar un libro una vez que terminaran las clases. Cuando fue su turno, habló de la electricidad y obtuvo una cálida respuesta de sus compañeros.

Al morir su padre, Faraday tuvo que ayudar a la manutención de su madre y sus hermanos. Al paso del tiempo, pensó que estaba destinado a seguir siendo encuadernador y a tener la ciencia como simple afición. Sin embargo, en algún momento, un hombre llamado Dance Junr, que era miembro de la Real Sociedad, entró en la librería… y también en la vida de Faraday. Durante su última visita había encontrado el libro de Faraday elaborado con las notas sobre las conferencias de su profesor Tatum e, interesado en él, Junr se lo solicitó en préstamo a Riebau. Al cabo de unas semanas, admirado por el trabajo que leyó, volvió a la librería para regresar al propio Faraday su libro, acompañado de un regalo: cuatro entradas a las conferencias que impartiría en la Real Sociedad el famoso Humphry Davy.

Así, el día de la primera conferencia, Faraday asistió muy emocionado, y, llegada la hora, apareció Davy, que fue recibido con aplausos. Éste asombró a la audiencia con su legendario talento y fantásticas demostraciones; relumbraban los productos químicos, fluía la electricidad, y Faraday, en medio de todo ese espectáculo, tomaba y tomaba notas, a las que añadía ilustraciones, de tal forma que, al término de esa primera conferencia, había llenado decenas de páginas.

En aquel entonces, Faraday tenía 20 años, y esta experiencia iba a ser el principio de una revolucionaria carrera científica. En su camino a casa, recordaba que le quedaban sólo ocho meses de aprendiz para iniciarse como oficial encuadernador según el compromiso que había adquirido con su jefe. Si bien el sueldo era suficiente para el mantenimiento de él y su madre viuda, el trabajo no lo hacía feliz. Faraday se preguntó cómo podía alguien tan insignificante como él llamar la atención de Davy. Durante los meses siguientes, asistió a las tres conferencias restantes y se le ocurrió una idea: copiaría y arreglaría sus apuntes de esas conferencias para encuadernarlas en un libro tan bien presentado que Davy no podría menos que fijarse en él y en su autor. El razonamiento era el siguiente: si su cuaderno de apuntes le abrió las puertas a las conferencias de la Royal Society, ¿por qué este nuevo cuaderno no le facilitaría conseguir un empleo allí mismo?

La oportunidad de reunirse con Davy demoró varios meses porque éste se había casado con una viuda rica y ambos se habían ido de viaje de novios a Escocia. Esta situación dejó frustrado a Faraday, quien ansiaba encontrarse con Davy para pedirle algún trabajo. Finalmente se reunió con él, pero el famoso químico no tenía posibilidades de contratarlo y le recomendó que conservara su trabajo como encuadernador. Desilusionado, Faraday daba por seguro que no volvería a la Royal Society; sin embargo, unas cuantas semanas después, Davy despidió a su ayudante por problemas que éste tuvo con otro empleado de la institución, y le ofreció el trabajo a Faraday, con una advertencia: el trabajo no consistía más que en lavar tubos de ensayo y barrer. Faraday aceptó de inmediato y pronto se convirtió en el ayudante de laboratorio de Davy.

En 1813 tuvo la oportunidad de acompañar a su jefe en una serie de conferencias que éste impartió en varias ciudades de Europa. Al volver a Inglaterra, siguió ayudando a Davy y dedicándose a sus propias investigaciones, haciendo experimentos en química, electroquímica y metalurgia con los que empezó a destacar como científico. Ascendió entonces a superintendente de aparatos, y Davy lo animó a que siguiera experimentando.

En 1816 Faraday publicó sus resultados sobre el análisis de una caliza cáustica de la región de la Toscana en la revista Quarterly Journal of Science. Era su primera publicación y, de cierta forma, una declaración de independencia, pues ya no sería el insignificante protegido de Davy. A partir de entonces, empezaron a crecer la fama y el prestigio de Faraday como científico, y en 1824 fue aceptado como miembro de la Royal Society. ¿Quién iba a creer que un aprendiz de encuadernador llegaría a ser un científico reconocido por la sociedad científica más prestigiada de ese momento?

Michael Faraday estaba dispuesto a desentrañar el misterioso comportamiento de la electricidad. Sin embargo, otros científicos estaban en la misma pista de Faraday. En 1820 el físico danés Hans Christian Oersterd descubrió que una corriente eléctrica hacía que la aguja de una brújula se moviera lentamente, como si la corriente se comportara como un imán. Meses después el físico francés André-Marie Ampère confirmaba que la electricidad producía efectos magnéticos, con lo que estableció lo que hoy se conoce como la Ley de Ampère.

Más adelante se hablará del fenómeno de inducción magnética, que fue la base para la tecnología que permitió obtener corriente eléctrica alterna, tal como la usamos en nuestra vida; pero antes, hablemos un poco sobre la situación que guardaba en esa época, el conocimiento de los fenómenos de la electricidad y el magnetismo.

Todo empezó hace miles de años, y por dos caminos diferentes, razón por la cual durante mucho tiempo se pensó que la electricidad y el magnetismo eran fenómenos diferentes.

En lo que respecta al magnetismo, entre los antiguos griegos se conocía una piedra muy especial llamada piedra imán o magnetita, ya que abundaba en Magnesia, distrito de Tesalia en la antigua Grecia. Esta piedra, que es un mineral de hierro (FeFe2O4), tenía la particularidad de atraer el hierro y se convirtió en la piedra angular en el desarrollo del estudio del magnetismo.

También en aquella época había llamado la atención el ámbar, savia secretada por árboles de la familia de las coníferas, que al paso de los años se endurece, convirtiéndose en un material sólido semitransparente, de tonalidades que van del amarillo hasta el café. Se observó que si el ámbar se frotaba, podía atraer pequeños pedazos de paja, cáscaras y semillas, entre otras cosas. Se puede decir que esta observación fue la base del desarrollo del conocimiento sobre la electricidad.

Habrían de transcurrir muchos siglos antes de que se diera paso a la experimentación. Entre los primeros experimentos que se realizaron están los de un francés de nombre Pierre de Maricourt (apodado El Peregrino) quien en su Epistola de magnete reportó que tomó una piedra de magnetita, le dio forma esférica y colocó una aguja de hierro sobre la superficie de la piedra de tal forma que se orientara libremente. Para cada posición estable de la aguja sobre la piedra, trazó una línea sobre la esfera, y descubrió que esas líneas semejaban meridianos terrestres y que, al igual que estos meridianos, las líneas se cruzaban en dos puntos diametralmente opuestos. A estos puntos se les llamó (y llama) polos magnéticos.

La presencia de un imán altera el espacio que lo rodea, ya que genera una fuerza invisible que se detecta si se acerca un objeto metálico, al cual atrae. Si se esparcen limaduras de hierro sobre una hoja de papel colocada sobre un imán de barra, se observa que los minúsculos trocitos metálicos se acomodan formando un patrón de líneas ordenadas que rodean el imán. El espacio que rodea el imán está energizado con un campo magnético y la configuración de las limaduras sobre el papel revela las líneas del campo magnético. Estas líneas salen de un polo de imán, se abren un poco y regresan al otro polo como se puede apreciar en la figura A. Nótese que las pequeñas brújulas colocadas alrededor del imán se orientan con el campo magnético producido por la barra imantada.

Hacia el año 1600, William Gilbert, médico de la reina Isabel I de Inglaterra, publicó su obra De Magnete, el primer tratado experimental sobre las propiedades de la magnetita y del ámbar. En este tratado sintetizó el estado del conocimiento de los fenómenos eléctricos y magnéticos y concluyó que la naturaleza de los fenómenos eléctricos es diferente de la de los fenómenos magnéticos. Introdujo la palabra eléctrico para referirse a los cuerpos que se comportan como el ámbar (la palabra griega élektron significa ámbar). Durante siglos, las afirmaciones de Gilbert prevalecieron y se supuso que los fenómenos eléctricos eran totalmente independientes de los fenómenos magnéticos, hasta que en 1820 el físico danés Hans Christian Oersted (1777-1851) descubrió casi por accidente, en una demostración en su salón de clases, que hay una conexión estrecha entre la electricidad y el magnetismo. Oersted advirtió que, cuando se acerca una brújula a un alambre por el que circula una corriente eléctrica, la brújula se orienta perpendicularmente al alambre. Esto indica que la presencia de una corriente eléctrica en el alambre afecta la orientación de la brújula y demuestra la interdependencia de los fenómenos eléctricos y los fenómenos magnéticos. El campo magnético alrededor de un alambre que conduce una corriente eléctrica se puede visualizar colocando una serie de brújulas en torno a éste a diferentes distancias, según se aprecia en la figura B.

El campo magnético producido tiene la forma de círculos concéntricos alrededor del alambre. Cuando la corriente eléctrica se cambia de sentido, las agujas de las brújulas se voltean, indicando que también cambia la dirección del campo magnético.

El campo magnético producido por el paso de una corriente eléctrica en un alambre se puede incrementar sustancialmente si el alambre se curva enrollándose para formar una bobina de espiras. En este caso, las líneas del campo magnético se concentran en el interior de la bobina, tal como se muestra en la figura siguiente. La intensidad de este campo aumenta conforme se incrementa la cantidad de espiras.

El experimento de Oersted y el campo magnético producido dentro de una bobina por la que circula una corriente eléctrica mostraron que se podía generar magnetismo a partir de la electricidad. Al inicio del siglo XIX, los científicos se preguntaban si era posible el proceso inverso, es decir, si era posible generar electricidad a partir del magnetismo. Dos físicos se propusieron en 1831 estudiar esta posibilidad. Fue así como, trabajando en forma independiente, Michael Faraday en Inglaterra y Joseph Henry en Estados Unidos, se dieron a la tarea de experimentar y descubrieron el fenómeno de la inducción electromagnética, que nos permite hoy tener electricidad en las casas, escuelas, industrias, etc. ¿Cómo sería nuestro mundo sin electricidad?

Faraday experimentó con una espira de alambre conectada a un amperímetro, que es un aparato que sirve para detectar y medir una corriente eléctrica, y con un imán, que produce un campo magnético. Él descubrió que con el movimiento relativo entre la espira y el imán, en la espira se induce un voltaje, es decir, se produce una corriente eléctrica, ya sea que el imán se moviera alrededor del alambre o el alambre se moviera a través del campo magnético del imán, como se muestra en la figura siguiente.

La magnitud del voltaje inducido depende de la rapidez con la que el alambre recorriera las líneas del campo magnético producido por el imán. Si el movimiento es lento, se induce poco voltaje, mientras que un movimiento más rápido induce un voltaje mayor. Si en lugar de una sola espira se coloca una bobina de varias espiras enrolladas, entonces el voltaje inducido (y la corriente) es mayor en el alambre.

En resumen, la inducción electromagnética es el fenómeno consistente en inducir un voltaje al cambiar la intensidad del campo magnético en torno a un conductor eléctrico.

La Ley de Faraday dice:

¿Cómo generar corriente alterna teniendo en cuenta lo que dice la ley de Faraday? Veamos el esquema de la figura F.

Se trata de una versión simplificada de un generador. Se ubica una espira conductora de electricidad en forma rectangular dentro del campo magnético producido por un intenso imán. Conforme la espira gira, la intensidad del campo magnético al que está sujeta cambia (aumenta y disminuye), lo cual se traduce en un voltaje que también cambia de dirección. Como resultado, se induce una corriente eléctrica en la espira que continuamente cambia de dirección y que se denomina corriente alterna (cuya abreviatura es CA). La corriente alterna que alimenta nuestros hogares cambia de dirección 60 veces por segundo, por lo que la llamamos corriente alterna de 60 ciclos por segundo o simplemente de 60 hertz.

En la actualidad, las plantas generadoras de electricidad utilizan generadores más complejos que el descrito, pero su principio de operación es el mismo. Usan grandes núcleos de hierro envueltos por una gran cantidad de espiras de alambre de cobre que se hacen girar dentro de fuertes campos magnéticos mediante turbinas. Estas turbinas giran con la energía generada de diferentes maneras.

Las plantas hidroeléctricas aprovechan la energía potencial del agua que se almacena en las presas. Al caer, el agua mueve gigantescas turbinas que activan los generadores. Las plantas termoeléctricas queman petróleo para producir vapor de agua a altas presiones a fin de mover las turbinas. Las plantas nucleares generan el calor a través de la fisión de átomos de uranio para producir vapor a altas presiones. Las plantas eólicas aprovechan la fuerza de los vientos para mover los generadores.

Sea cual fuere la fuente de energía, cierta fracción de ésta se convierte en energía mecánica para mover las turbinas, y el resto, a través de los generadores, se convierte en energía eléctrica. La eficiencia de los generadores de corriente alterna llamados alternadores, es muy alta, del orden de 95 por ciento.

Cincuenta años después de que Michael Faraday en Inglaterra y Joseph Henry en Estados Unidos descubrieran la inducción electromagnética, dos grandes ingenieros e inventores, Nikola Tesla y George Westinghouse, desarrollaron tecnologías basadas en este hallazgo que posibilitaron que el mundo contara con energía eléctrica.

En particular, Tesla construyó grandes generadores que tenían armaduras formadas por núcleos de hierro envueltos en espiras de alambre de cobre que se hacían girar, mediante turbinas, dentro de fuertes campos magnéticos, con lo cual se inducía voltaje y corriente eléctrica alternos.

Por último, cabe destacar que, así como la Ley de Faraday establece que “un campo eléctrico es inducido cuando un campo magnético cambia a través del tiempo”, años más tarde, en 1860, el físico inglés James Clerk Maxwell enunció lo que se conoce como la contraparte de Maxwell a la Ley de Faraday: “Se induce un campo magnético cuando un campo eléctrico cambia a través del tiempo”.

De esta forma, dos fenómenos que se consideraron ajenos e independientes durante siglos, se descubrió que estaban relacionados entre sí gracias al trabajo de Faraday y de Maxwell, quienes desarrollaron las leyes del electromagnetismo.

En 1867, mientras la electricidad (corriente alterna) estaba en vías de mejorar el nivel de vida de millones de personas en todo el mundo, Michael Faraday, cansado, comenzaba a disminuir su actividad profesional, y el 25 de agosto de 1867, murió tranquilamente, sentado en su sillón preferido. ♦