Història de l'electricitat

   

Gravat mostrant la teoria del galvanisme segons els experiments de Luigi Galvani. De viribus electricitatis in motu musculari commentarius, 1792

L'història de l'electricitat es referix a l'estudi i a l'us humà de l'electricitat, al descobriment de les seues lleis com a fenomen físic i a l'invenció d'artefactes per al seu us pràctic. El fenomen en si, sense tindre en conter la seua relació en l'observador humà, no té història; i si se la considerara com a part de l'història natural, en tindria tanta com el temps, l'espai, la matèria i l'energia. Com també es denomina electricitat a la branca de la ciència que estudia el fenomen i a la branca de la tecnologia que l'aplica, l'història de l'electricitat és la branca de l'història de la ciència i de l'història de la tecnologia que s'encarrega de l'estudi de la seua aparició i evolució.

Un fragment d'àmbar que Tales de Milet va poder utilisar en la seua experimentació de l'efecte triboelèctric. El nom en grec d'este material (ελεκτρον, elektron) s'utilisà per a nomenar el fenomen i la ciència que l'estudia, a partir del llibre De Magnete, Magneticisque Corporibus, et de Magno Magnete Tellure, de William Gilbert (1600).

Una de les seues fites inicials pot situar-se cap a la década del 600 aC, quan el filòsof grec Tales de Milet va observar que fregant una vara d'àmbar en una pell o en llana, s'obtenien chicotetes càrregues (efecte triboelèctric) que atreen chicotets objectes, i fregant molt temps, podia arribar a causar l'aparició d'una purna. Prop de l'antiga ciutat grega de Magnèsia es trobaven les denominades pedres de Magnèsia, que incloïen magnetita. Els antics grecs varen observar que els trossos d'este material s'atreen entre si, i també atreen chicotets objectes de ferro. Les paraules magneto – equivalent al terme valencià imant – i magnetisme deriven d'este topònim.

L'electricitat evolucionà històricament des de la simple percepció del fenomen, al seu tractament científic, que no es faria sistemàtic fins al sigle XVIII. Es varen registrar a lo llarc de l'edat antiga i la mija atres observacions aïllades i simples especulacions, aixina com intuïcions mèdiques (us de peixos elèctrics en malalties com la gota i el mal de cap) referides per autors com Plini el Vell i Escriboni Llarg, o objectes arqueològics d'interpretació discutible, com la bateria de Bagdad, un objecte trobat en Iraq en l'any 1938, datat al voltant de l'any 250 a. C., que s'assembla a una cela electroquímica. No s'han trobat documents que en demostren l'utilisació, encara que hi ha atres descripcions anacròniques de dispositius elèctrics en murs egipcis i escrits antics.

Estes especulacions i registres fragmentaris són el tractament quasi exclusiu (en la notable excepció de l'us del magnetisme per a la brúixola) que hi ha des de l'antiguetat fins a la Revolució científica del sigle XVII; encara que encara llavors, passa a ser no més que un espectàcul per a exhibir en els salons. Les primeres aportacions que poden entendre's com a aproximacions successives al fenomen elèctric foren realisades per investigadors sistemàtics com William Gilbert, Otto von Guericke, Du Fay, Pieter van Musschenbroek (Ampolla de Leiden) o William Watson. Les observacions someses al método científic varen escomençar a donar els seus fruits en Luigi Galvani, Alessandro Volta, Charles-Augustin de Coulomb o Benjamin Franklin, proseguides a començaments del sigle XIX per André-Marie Ampère, Michael Faraday o Georg Ohm. Els noms d'alguns d'estos pioners varen acabar donant nom a numeroses unitats utilisades hui dia en la mesura de les diferents magnituts del fenomen. La comprensió final de l'electricitat es va conseguir per mig de la seua unificació en el magnetisme en un únic fenomen electromagnètic descrit per les equacions de Maxwell (1861-1865).

El telégraf elèctric (Samuel Morse, 1833, precedit per Gauss i Weber, 1822) pot considerar-se com la primera gran aplicació en el camp de les telecomunicacions, pero no serà en la primera revolució industrial, sinó a partir de l'últim quart del sigle XIX quan les aplicacions econòmiques de l'electricitat la convertiran en una de les forces motrius de la segona revolució industrial. Més que l'época de grans teòrics com Lord Kelvin, fou el moment dels enginyers, com Zénobe Gramme, Nikola Tesla, Frank Sprague, George Westinghouse, Ernst Werner von Siemens, Alexander Graham Bell i sobretot Thomas Alva Edison i la seua revolucionària manera d'entendre la relació entre la investigació científico-tècnica i el mercat capitalista. Els successius canvis de paradigma de la primera mitat del sigle XX (relativista i quàntic) estudiaran la funció de l'electricitat en una nova dimensió: l'atòmica i la subatòmica.

Multiplicador de tensió Cockcroft-Walton utilisat en un accelerador de partícules de 1937, que arribava a un milló de volts.

L'electrificació no fou solament un procés tècnic, sino un verdader canvi social d'implicacions extraordinàries, començant per l'allumenat i seguint per tot tipo de processos industrials (motor elèctric, metalúrgia, refrigeració...) i de comunicacions (telefonia, ràdio). Lenin, durant la Revolució bolchevic, va definir el socialisme com la suma de l'electrificació i el poder dels soviets, pero va ser sobretot la societat de consum que va nàixer en els països capitalistes, la que va dependre en major mesura de la utilisació domèstica de l'electricitat en els electrodomèstics i va ser en estos països a on la retroalimentació entre la ciència, la tecnologia i la societat va desenrollar les complexes estructures que varen permetre els actuals sistemes de I+D i I+D+I, en qué la iniciativa pública i privada s'interpenetren, i les figures individuals es difuminen en els equips d'investigació.

L'energia elèctrica és essencial per a la societat de l'informació de la tercera revolució industrial que es ve produint des de la segona mitat del sigle XX (transistor, televisió, computació, robòtica, Internet...). Únicament pot comparar-se-li en importància la motorisació dependent del petròleu (que també és àmpliament utilisada, com els atres combustibles fòssils, en la generació d'electricitat). Abdós processos varen exigir quantitats cada vegada més grans d'energia, lo que és en l'orige de la crisis energètica i mediambiental i de la investigació de noves fonts d'energia, la majoria en immediata utilisació elèctrica (energia nuclear i energies alternatives, donades, les llimitacions de la tradicional hidroelectricitat). Els problemes que té l'electricitat per al seu almagasenament i transport en llargues distàncies, i per a l'autonomia dels aparells mòvils, són reptes tècnics encara no resolts de forma prou eficaç.

L'impacte cultural del que Marshall McLuhan va denominar Edat de l'Electricitat, que seguiria a l'Edat de la Mecanisació (per comparació a com l'Edat dels Metals va seguir a l'Edat de Pedra), prové de l'altíssima velocitat de propagació de la radiació electromagnètica (300.000 km/segon) que fa que es percebe de forma quasi instantànea. Este fet comporta possibilitats abans inimaginables, com la simultaneïtat i la divisió de cada procés en una seqüència. Es va impondre un canvi cultural que provenia de l'enfocament en "segments especialisats d'atenció" (l'adopció d'una perspectiva particular) i la idea de la "consciència sensitiva instantànea de la totalitat", una atenció al "camp total", un "sentit de l'estructura total". Es va fer evident i prevalent el sentit de "forma i funció com una unitat", una "idea integral de l'estructura i configuració". Estes noves concepcions mentals varen tindre gran impacte en tot tipo d'àmbits científics, educatius e inclús artístics (per eixemple, el cubisme). En l'àmbit de l'espacial i polític, "l'electricitat no centralisa, sino que descentralisa... mentres que el ferrocarril requerix un espai polític uniforme, l'avió i la ràdio permeten la major discontinuïtat i diversitat en l'organisació espacial".

Sigle XVII

La Revolució científica que s'estava produint des de Copèrnic en l'astronomia i Galileu en la física no trobà aplicacions molt primerenques al camp de l'electricitat, licitant-se a l'activitat dels pocs autors que tracten sobre ella a la recopilació baconiana de les senyes experimentals, que fins aquell moment no arribaren a induir models explicatius.

William Gilbert.

William Gilbert: materials elèctrics i materials anelèctrics (1600)

Artícul principal → De Magnete.

El científic anglés William Gilbert (1544-1603) publicà el seu llibre De Magnete, a on utilisà la paraula llatina electricus, derivada del grec elektron, que significa àmbar, per a descriure els fenòmens descobert pels grecs.

Otto von Guericke.

Anteriorment, l'italià Gerolamo Cardanohavia ya diferenciat, per primera vegada, entre les forces magnètiques i les elèctriques (De Subtilitate 1550). Gilbert establí les diferències entre abdós fenòmens abans que la reina Elisabet I d'Anglaterra li ordenara estudiar els imants per a millorar l'exactitut de les brúixoles utilisades en la navegació, conseguint en este treball la base principal per a la definició dels fonaments de l'electrostàtica i del magnetisme. A través de les seues experiències classificà als materials en elèctrics (aïllants) i anelèctrics (conductors) i ideà el primer electroscopi. Descobrí la imantació per influència, i observà que la imantació del ferro es pert quan se calfa fins a ferro roent. Estudià l'inclinació d'una agulla magnètica concloent que la Terra es comporta com un gran imant. El Gilbert és l'unitat de mesura de la força magnetomotriu.

Otto von Guericke: les càrregues elèctriques (1660)

Artícul principal → Electrostàtica.

Les investigacions de Gilbert foren continuades pel físic alemany Otto von Guericke (1602-1686). En les investigacions que realisà sobre l'electrostàtica observà que es produïa una repulsió entre els cossos electrisats despuix d'haver estat atrets. Ideà la primera màquina electrostàtica i conseguí fer aparéixer espurnes d'un globo fet de sofre, que el portà a especular sobre la naturalea elèctrica dels llamps. Fon la primera persona que estudià la luminescència.

Sigle XVIII: la Revolució industrial

La crisis de la consciència europea renovà el panorama intelectual que hi havia a finals del sigle XVII i principis del sigle XVIII, iniciant aixina el conegut Segle de les llum o de la Ilustració. Institucions científiques franceses de nova creació, com la Royal Academy anglesa, i l'esperit crític que els enciclopedistes francesos expandien per tot el continent, convivien en l'inici de la Revolució Industrial. No obstant això, la retroalimentació entre ciència, tecnologia i societat encara no s'havia produït. Excepte el parallamps, cap de les innovacions tècniques del sigle tingué que vore en les investigacions científiques sobre l'electricitat, fet que no és exclusiu d'este camp: la mateixa màquina de vapor precedí durant cent anys a la definició de la termodinàmica per Sadi Carnot.

Stephen Gray: els efluvis (1729)

Artícul principal → Conductivitat elèctrica.

El físic anglés Stephen Gray (1666-1736) estudià principalment la conductivitat elèctrica dels cossos i, despuix de molts experiments, fon el primer en transmetre l'electricitat a través d'un conductor, en l'any 1729. En els seus experiments descobrí que per a qué l'electricitat, o els "efluvis" o "virtut elèctrica", com ell li nomenà, poguen circular pel conductor, este havia d'estar aïllat de terra. Posteriorment estudià atre formes de transmissió i, juntament en el científics G. Wheler i J. Godfrey, classificà els materials en conductors i aïllants de l'electricitat. Inventà una llàntia elèctrica i ideà endolls, interruptors i sistemes d'instalacions elèctriques.

Charles François de Cisternay du Fay: càrrega vítrea i càrrega resinosa (1733)

Artícul principal → Càrrega elèctrica.

Charles François de Cisternay du Fay

El científic francès Charles François de Cisternay du Fay (1698-1739) quan es va informar dels treballs de Stephen Gray, dedicà la seua vida a l'estudi dels fenòmens elèctrics. Du Fay, entre molts atres experiments, observà que una làmina d'or sempre era repelida per una barra de vidre electrificada. Publicà els seus treballs en l'any 1733 i fon el primer en identificar l'existència de dos tipos de càrregues elèctriques (denominades hui en dia positiva i negativa), que les nomenà càrrega vítrea i càrrega resinosa, perqué abdós es manifestaven d'una manera al fregar, en un mocador de seda, el vidre (càrrega positiva) i de manera diferent al fregar, en una pell, algunes substàncies resinoses com l'àmbar o la goma (càrrega negativa).

Pieter van Musschenbroek: l'ampolla de Leiyden (1745)

Dibuix del condensador original

Artícul principal → Ampolla de Leiden.

El físic holandés Pieter van Musschenbroek (1692-1761), que treballava en la Universitat de Leiden, efectuà una experiència per a comprovar si una ampolla plena d'aigua podia conservar càrregues elèctriques. Esta ampolla consistia en un recipient en una tapa al qual se li travessava una vareta metàlica sumergida en un líquit. La vareta tenia una forma de gancho en la part superior que se li acostava un conductor carregat elèctricament. Durant l'experiència un assistent va separar el conductor i va rebre una forta descàrrega al acostar la seua mà a la vareta, degut a l'electricitat estàtica que s'havia almagasenat en l'ampolla. D'esta manera es va descobrir l'ampolla de Leiden i el fonament dels actuals capacitadors o condensadors elèctrics.

William Watson: la corrent elèctrica (1747)

William Watson.

Artícul principal → Corrent elèctric.

Sir William Watson (1715-1787), mege i físic anglès, va estudiar els fenòmens elèctrics. Va realisar modificacions en l'ampolla de Leiden afegint-li una cobertura de metal, descobrint que d'esta manera s'incrementava la descàrrega elèctrica. En l'any 1747 va demostrar que una descàrrega d'electricitat estàtica és una corrent elèctrica. Va ser el primer en estudiar la propagació de les corrents en gasos enrarits.

Benjamin Franklin: el parallamps (1752)

Artícul principal → Parallamps.

Retrat de Benjamin Franklin

El polifacètic estatunidenc Benjamin Franklin (1706-1790) va investigar els fenòmens elèctrics naturals. És conegut particularment pel seu famós experiment fent volar una milocha durant una tempestat, va demostrar que els llamps eren descàrregues elèctriques de tipo electrostàtic. A conseqüència d'este experiment va inventar el parallamps. També va formular una teoria que sostenia que l'electricitat era el fluït únic existent en tota la matèria i va organisar les substàncies en elèctricament positives i negatives, segons l'excés o el defecte d'aquell fluït.

Charles-Augustin de Coulomb: força entre dos càrregues (1777)

Artícul principal → Llei de Coulomb.

Charles-Augustin de Coulomb

El físic i ingenier francés Charles-Augustin de Coulomb (1736 - 1806) va ser el primer en establir les lleis quantitatives de l'electrostàtica, ademés de realisar moltes investigacions sobre el magnetisme, fregament i electricitat. Les seues investigacions científiques estan recollides en set memòries, en les qué s'expon teòricament els fonaments del magnetisme i de l'electrostàtica. En l'any 1777 inventà la balança de torsió per a mesurar la força d'atracció o repulsió que eixercixen entre si dos càrregues elèctriques i va establir la funció que unix esta força en la distància.

En este invent, culminat en l'any 1785, Coulomb va poder establir l'expressió de la força entre dos càrregues elèctriques q i Q en funció de la distància que les separa, actualment coneguda com a Llei de Coulomb: F = k (q Q) / d². Coulomb també va estudiar l'electrificació per fregament i la polarisació i va introduir el concepte de moment magnètic. El Coulomb (símbol C) és l'unitat del SI per a la mesura de quantitat de càrrega elèctrica.

Luigi Galvani: l'impuls nerviós (1780)

Luigi Galvani.

El mege i físic italià Luigi Galvani (1737-1798) es feu famós per les seues investigacions sobre els efectes de l'electricitat en els músculs dels animals. Mentres dissecava una granota trobà accidentalment que les seues pates es contraïen al tocar-les en un objecte carregat elèctricament.

Per això se'l considera l'iniciador dels estudis del paper que acompleix l'electricitat en el funcionament dels organismes animals. De les seues discussions en un atre gran científic italià de la seua época , Alessandro Volta, sobre la naturalea dels fenòmens observats, sorgí la construcció de la primera pila, o aparell per a produir corrent elèctric continu, nomenat pila de Volta. El nom de Luigi Galvani contínua hui associat a l'electricitat a través de termes com galvanisme i galvanisació. Els seus estudis preludiaren una ciència que sorgiria molt despuix: la neurofisiologia, estudi del funcionament del sistema nerviós en la que es basa la neurología.

Alessandro Volta: la pila de Volta (1800)

Artícul principal → Alessandro Volta.

Alessandro Volta

El físic italià Alessandro Volta (1745-1827) inventà la pila, precursora de la bateria elèctrica. En un apilament de discs de zinc i coure, separats per discs de cartó humits en un electròlit, i units als seus extrems per un circuit exterior. Volta conseguí, per primera vegada, produir corrent elèctric continu a voluntat. Dedicà la majoria de la seua vida a l'estudi dels fenòmens elèctrics, inventà l'electròmetre i l'audiòmetre i escrigué nombrosos tractats científics. Pel seu treball en el camp de l'electricitat, Napoleó el nomenà conte en l'any 1801. La unitat de tensió elèctrica o força electromotriu, el volt (símbol V), rebé este nom en honor seu.

Principis del sigle XIX: el temps dels teòrics

El propòsit de la ciència optimista sorgida de l'Ilustració era la comprensió total de la realitat. En l'àmbit de l'electricitat la clau seria descriure estes forces a distància com en les equacions de la mecànica newtoniana. Pero la realitat era molt més complexa per donar fàcil compliment a este programa. La capacitat de desviar agulles imantades, descoberta per Oersted (1820), i la inducció electromagnètica descoberta per Faraday (1821), acabaren per interrelacionar l'electricitat en el magnetisme i els moviments mecànics. La teoria completa del camp electromagnètic hagué d'esperar fins Maxwell, e inclús llavors (1864), en comprovar-se que una de les constants que apareixien en la seua teoria tenia el mateix valor que la velocitat de la llum, es feu patent la necessitat d'englobar també l'òptica en l'electromagnetisme.

El romanticisme, en el seu gust per lo tètric i la seua desconfiança en la raó, afegí un costat fosc a la consideració de l'electricitat, que excitava la imaginació de la forma més morbosa: ¿el domini humà de tal força de la naturalea el posaria al nivell creador que fins llavors només s'imaginava a l'abast de sers divins? En cadàvers i electricitat Mary Wollstonecraft Shelley compongué la trama de Frankenstein o el modern Prometeu (1818), novela precursora tant del gènero de terror com de la ciència ficció.

Humphry Davy: l'electròlisis (1807) i l'arc elèctric (1808)

Artícul principal → Electroquímica.

Humphry Davy

Sir Humphry Davy (1778-1829). químic britànic. Se'l considera el fundador de l'electroquímica juntament en Volta i Faraday. Davy contribuí a identificar experimentalment per primera vegada diversos elements químics per mig de l'electròlisis i estudià l'energia implicada en el procés. Entre l'any 1806 i l'any 1808 publicà el resultat de les seues investigacions sobre l'electròlisis, a on conseguix la separació del magnesi, bari, estronci, calci, sodi, potassi i bor. En l'any 1807 fabricà una pila en més de 2.000 plaques dobles en la que descobrix el clor i demostra que es tracta d'un element químic, donant-li este nom a causa del seu color groc verdós. Juntament en W.T. Brande conseguí aïllar el liti de les seues sals per mig de l'electròlisis de l'òxit de liti (1818). Fon cap i mentor de Michael Faraday. Creà també una llàntia de seguritat per a les mines que duu el seu nom (1815) i fon pioner en el control de la corrosió per mig de la protecció catòdica. En l'any 1805 li fon concedida la Medalla Copley.

Hans Christian Ørsted: l'electromagnetisme (1819)

Hans Christian Oersted

Artícul principal → Hans Christian Ørsted.

El físic i químic danés Hans Christian Ørsted (1777-1851) fon un gran estudiós de l'electromagnetisme. En l'any 1813 predigué l'existència dels fenòmens electromagnètics i en l'any 1819 conseguí demostrar la seua teoria empíricament al descobrir, juntament en Ampère, que una agulla imantada es desvia al ser colocada en direcció perpendicular a un conductor pel qual circula una corrent elèctrica. Este descobriment fon crucial en el desenroll de l'electricitat, perque posà en evidència la relació existent entre l'electricitat i el magnetisme. En homenage a les seues contribucions es denominà Oersted (símbol Oe) la unitat d'intensitat de camp magnètic en el sistema Gauss. Es creu que també fon el primer en aïllar l'alumini, per electròlisis, en l'any 1825. En 1844 publicà el seu Manual de Física Mecànica.

Thomas Johann Seebeck: la termoelectricitat (1821)

Artícul principal → Efecte Peltier-Seebeck.

Thomas Johann Seebeck

El mege i investigador físic natural d'Estònia, Thomas Johann Seebeck (1770-1831) descobrí l'efecte termoelèctric. En l'any 1806 descobrí també els efectes de radiació visible i invisible sobre substàncies químiques com el clorur d'argent. En l'any 1808, obtingué la primera combinació química d'amoníac en òxit mercúric. A principis de l'any 1820, Seebeck realisà variats experiments en la investigació d'una relació entre l'electricitat i la calor. En 1821, soldant dos fils de metals diferents (coure i bismut) en un llaç, descobrí accidentalment que en calfar-ne un a alta temperatura i mentres l'atre es mantenia a baixa temperatura, es produïa un camp magnètic. Seebeck no cregué, o no divulgà que una corrent elèctrica fos generada quan la calor s'aplicava a la soldadura dels dos metals. En canvi, utilisà el terme termomagnetisme per referir-se al seu descobriment. Actualment se'l coneix com efecte Peltier-Seebeck o efecte termoelèctric i és la base del funcionament dels termoparells.

André-Marie Ampère: el solenoide (1822)

Artícul principal → Corrent elèctric.

André-Marie Ampère

El físic i matemàtic francés André-Marie Ampère (1775-1836) està considerat com un dels descobridors de l'electromagnetisme. És conegut per les seues importants aportacions a l'estudi de la corrent elèctrica i el magnetisme que constituïren, juntament en els treballs del danés Hans Christian Oesterd, el desenroll de l'electromagnetisme. Les seus teories i interpretacions sobre la relació entre electricitat i magnetisme es publicaren en l'any 1822, en la seua Colecció d'observacions sobre electrodinàmica i en 1826, en la seua Teoria dels fenòmens electrodinàmics. Ampère descobrí les lleis que determinen la desviació d'una agulla magnètica per una corrent elèctrica, cosa que feu possible el funcionament dels actuals aparells de mesura. Descobrí les accions mútues entre corrents elèctricas, en demostrar que dos conductors paralels pels quals circula una corrent en el mateix sentit, s'atreen, mentres que si els sentits de la corrent són oposts, es repelen. La unitat d'intensitat de corrent elèctric, l'ampère (símbol A), rep este nom en honor seu.

William Sturgeon: l'electroimant (1825), el commutador (1832) i el galvanòmetre (1836)

Artícul principal → Electroimant.

El físic britànic William Sturgeon (1783-1850) inventà en l'any 1825 el primer electroimant. Era un tros de ferro en forma de ferradura envoltat per una bobina enrollada sobre el ferro. Sturgeon en demostrà la potència aixecant 4 kg en un tros de ferro de 200 g. embolicat en cables pels quals feu circular la corrent d'una bateria. Sturgeon podia regular el seu electroimant, cosa que suposà el principi de l'us de l'energia elèctrica en màquines útils i controlables, establint els fonaments per a les comunicacions electròniques a gran escala. Este dispositiu conduí a la invenció del telégraf, el motor elèctric i molts atres dispositius que foren base de la tecnologia moderna. En l'any 1832 inventà el commutador per a motors elèctrics i en 1836 inventà el primer galvanòmetre de bobina giratòria.

Georg Simon Ohm: la llei d'Ohm (1827)

Artícul principal → Llei d'Ohm.

Georg Simon Ohm

Georg Simon Ohm (1789-1854) fon un físic i matemàtic alemà que estudià la relació entre el voltage V aplicat a una resistència R i la intensitat de corrent I que circula per ella. En l'any 1827 formulà la llei que deu el seu nom (la llei d'Ohm), en l'expressió matemàtica V = I · R. També s'interessà per l'acústica, la polarisació de les piles i les interferències lluminoses. En honor seu s'ha batejat a l'unitat de resistència elèctrica en el nom d'Ohm (símbol Ω).

Joseph Henry: inducció electromagnètica (1830)

thumb|left|100px|Joseph Henry

Artícul principal → Electroimant.

L'estadounidenc Joseph Henry (1797-1878) fon un físic que investigà l'electromagnetisme i les seues aplicacions en electroimants i relés. Descobrí l'inducció electromagnètica, simultàneament i independent de Faraday, quan observà que un camp magnètic variable pot induir una força electromotriu en un circuit tancat.

En la seua versió més simple, l'experiment de Henry consistix en desplaçar un segment de conductor perpendicularment a un camp magnètic, cosa que produix una diferència de potencial entre els seus extrems. Esta força electromotriu induïda s'explica per la força de Lorentz que exercix el camp magnètic sobre els electrons lliures del conductor. En honor seu es denominà henry (símbol H)a la unitat d'inductància.

Johann Carl Friedrich Gauss: Teorema de Gauss de l'electrostàtica

Artícul principal → Llei de Gauss.

Carl Friedrich Gauss

El matemàtic, astrònom i físic alemà Johann Carl Friedrich Gauss (1777-1855), feu importants contribucions en camps com la teoria de números, l'anàlisis matemàtic, la geometria diferencial, la geodèsia, l'electricitat, el magnetisme i l'òptica. Considerat un dels matemàtics de més gran i més duradera influència, fon dels primers en estendre el concepte de divisibilitat a conjunts diferents dels numèrics. En l'any 1831 s'associà al físic Wilhelm Weber durant sis fructífers anys durant els quals investigaren importants problemes com les Lleis de Kirchhoff i del magnetisme, construint un primitiu telégraf elèctric. La seua contribució més important a l'electricitat és la denominada Llei de Gauss, que relaciona la càrrega elèctrica q continguda en un volum V en el fluïx del camp elèctric <math>\vec{E}</math> sobre la tancada superfície S que tanca el volum V, en l'expressió matemàtica:

<math>\oint_S \vec{E} \cdot d\vec{A} = \frac{q}{\epsilon_o}</math>.

En honor seu es donà el nom de Gauss (símbol G) a l'unitat d'intensitat de camp magnètic del Sistema Cegesimal d'Unitats (CGS). La seua relació en la corresponent unitat del Sistema Internacional d'Unitats (SI), el tesla (símbol T), és 1 G = 10^-4 T.

Michael Faraday: inducció (1831), generador (1831-1832), lleis i gàbia de Faraday

Michael Faraday

Artícul principal → Llei de Faraday.

El físic i químic anglés Michael Faraday (1791-1867), discípul de Humphry Davy, és conegut principalment pel seu descobriment de l'inducció electromagnètica, que ha permés la construcció de generadors i motors elèctrics, i de les lleis de l'electròlisis per lo que és considerat com el verdader fundador de l'electromagnetisme i de l'electroquímica.

En l'any 1831 traçà el camp magnètic al voltant d'un conductor pel qual circula una corrent elèctrica, ya descobert per Oersted, i aquell mateix any descobrí la inducció electromagnètica, demostrà la inducció d'una corrent elèctrica per un atra, i introduí el concepte de llínies de força per representar els camps magnètics. Durant este mateix periodo, investigà sobre l'electròlisis i descobrí les dos lleis fonamentals que porten el seu nom:

1ª) La massa de substància lliberada en una electròlisis és directament proporcional a la quantitat d'electricitat que ha passat a través de l'electrolit [massa = equivalent electroquímic, per la intensitat i pel temps (m = c I t)];

2ª) Les masses de diferents substància lliberades per la mateixa quantitat d'electricitat són directament proporcionals als seus pesos equivalents.

En les seues investigacions es donà un pas fonamental en el desenroll de l'electricitat al establir que el magnetisme produïx electricitat a través del moviment. En honor seu es denominà farad (símbol F) la unitat de capacitat elèctrica del Sistema Internacional d'Unitats. El farad es definix com la capacitat d'un condensador tal que quan la seua càrrega és un coulomb, adquirix una diferència de potencial electrostàtic d'un volt.

Heinrich Friedrich Lenz: llei de Lenz (1834)

Artícul principal → Llei de Lenz.

Heinrich Lenz

El físic estonià Heinrich Friedrich Lenz (1804-1865) formulà en l'any 1834 la llei de l'oposició de les corrents induïdes, coneguda com a Llei de Lenz, en l'enunciat següent: El sentit de les corrents, o força electromotriu induïda, és tal que sempre s'opon a la variació del fluïx que la produïx. També realisà investigacions significatives sobre la conductivitat dels cossos, en relació en la seua temperatura, descobrint en l'any 1843 la relació entre abdós; cosa que despuix fon ampliat i desenrollat per James Prescott Joule, per lo que passaria a dir-se Llei de Joule.

Jean Peltier: efecte Peltier (1834), inducció electrostàtica (1840)

Artícul principal → Efecte Peltier.

El físic francés i rellonger de professió Jean Peltier (1785-1845) descobrí enl'any 1834 que quan circula una corrent elèctrica per un conductor format per dos metals diferents, units per una soldadura, esta se calfa o refreda segons el sentit de la corrent (efecte Peltier). Este efecte ha tengut gran importància en el desenroll recent de mecanismes de refrigeració no contaminants. A Peltier se li deu també l'introducció del concepte d'inducció electrostàtica en l'any 1840, referit a la modificació de la distribució de la càrrega elèctrica en un material, baix l'influència d'un segon objecte pròxim a ell i que tinga una càrrega eléctrica.

Samuel Morse: telégraf (1833-1837)

Artícul principal → Telégraf.

Morse en un prototip de la seua invenció

L'inventor estatunidenc Samuel Finley Breese Morse (1791-1872) és principalment conegut per l'invenció del telégraf elèctric i l'invenció del còdic Morse. El seu interés pels assunts de l'electricitat es concretà durant la tornada d'un viage per Europa. Quan estudiava en Yale aprengué que si s'interrompia un circuit es vea una fulgor i va pensar que aquelles interrupcions podien arribar a ser utilisades com un mig de comunicació.

En desembarcar d'aquell viage en 1832, ya havia dissenyat un incipient telégraf i començava a desenrollar l'idea d'un sistema telegràfic de fils en un electroimant incorporat. El 6 de giner de 1833, Morse realisà la seua primera demostració pública en el seu telégraf mecànic òptic i efectuà en èxit les primeres proves en febrer de l'any 1837 en un concurs convocat pel Congrés dels Estats Units.

També inventà un alfabet, que representa les lletres i números per una série de punts i ralles, conegut actualment com a còdic Morse, per a poder utilisar el seu telégraf. En l'any 1843, el Congrés dels Estats Units li assignà 30.000 dólars per a qué construïra la primera llínea de telégraf entre Washington DC i Baltimore, en colaboració en Joseph Henry. El 24 de maig de l'any 1844 Morse envià el seu famós primer mensage: «Qué nos ha dut Deu?». Fon objecte de molts honors i en els seus últims anys es dedicà a experimentar en la telegrafia submarina per cable.

Ernst Werner M. von Siemens: Locomotora elèctrica (1879)

Artícul principal → Siemens AG.

Werner von Siemens

L'ingenier alemà Ernst Werner von Siemens (1816-1892) construí en l'any 1847 un nou tipo de telégraf, posant aixina la primera pedra en la construcció de l'empresa Siemens AG juntament en Johann Georg Halske. En l'any 1841 desenrollà un procés de galvanisació, en 1846 un telégraf d'agulla i pressió i un sistema d'aïllament de cables elèctrics per mig de gutaperxa, lo que permeté, a la pràctica, la construcció i estesa de cables submarins. Fon un dels pioners de les grans llínies telegràfiques transoceàniques, responsable de la llínea Irlanda-EUA (començada enl'nay 1874 a bort del buc Faraday) i Gran Bretanya-Índia (1870).

Encara que probablement no fon l'inventor de la dinamo, la perfeccionà fins a fer-la fiable i la base de la generació de la corrent alternaa a les primeres grans fàbriques. Fon pioner en atres invencions, com el telégraf en punter/teclat per fer transparent a l'usuari el còdic Morse o la primera locomotora elèctrica, presentada per la seua empresa en l'any 1879.

Entre els seus molts invents i descobriments elèctrics destaquen la dinamo i l'us de la gutapercha, substància plàstica treta del làtex, utilisada com aïllant elèctric en el recobriment de cables conductors. En homenage a les seues contribucions en el SI es denomina siemens (símbol S) a l'unitat de conductància elèctrica (inversa de la resistència), prèviament nomenada mho.

Charles Wheatstone: pont de Wheatstone (1843)

Artícul principal → Pont de Wheatstone.

Charles Wheatstone

El físic i inventor anglés Charles Wheatstone (1802-1875) és especialment conegut per ser el primer en aplicar el circuit elèctric que du el seu nom (pont de Wheatstone) per mesurar resistències elèctriques. En realitat havia segut dissenyat prèviament per Samuel Hunter Christie en l'any 1832, de manera que el paper de Wheatstone fon la seua millora i popularisació a partir de l'any 1843. S'utilisa per mesurar resistències desconegudes per mig de l'equilibri dels braços d'un pont en H format per quatre resistències, una de les quals és la resistència per mesurar.

Wheatstone fon un autodidacta que arribà a convertir-se en professor de filosofia experimental de la Universitat de Londres en l'any 1834. En colaboració en l'ingenier William Fothergill Cooke, patentà en 1837 el primer telégraf elèctric britànic, simultàneament a l'inventat per Morse. Charles Wheatstone inventà també un instrument òptic per a la fotografia en tres dimensions (estereoscopi), un telégraf automàtic i un pèndul electromagnètic.

James Prescott Joule: relacions entre electricitat, calor i treball (1840-1843)

James Prescott Joule

Artícul principal → Efecte Joule.

James Prescott Joule (1818-1889), físic anglés, és conegut pels seus estudis sobre l'energia i les seues aplicacions tècniques. La seua principal contribució a l'electricitat és la quantificació de la generació de calor produïda per una corrent elèctrica que travessa una resistència, llei que duu el seu nom (Llei de Joule): Tot cos conductor recorregut per una corrent elèctrica desprén una quantitat de calor equivalent al treball realisat pel camp elèctric per transportar les càrregues d'un extrem a un atre del conductor durant aquell temps, formulada com: <math>\displaystyle Q=0,24\cdot R \cdot I^2 \cdot t</math>.

També descobrí l'equivalència entre el treball mecànic i la quantitat de calor (l'unitat històrica de la qual és la caloria). Juntament en el seu compatriota, el físic William Thomson (conegut posteriorment com Lord Kelvin), Joule descobrí que la temperatura d'un gas descendix quan s'expandix sense realisar treball. Este fenomen, que es coneix com efecte Joule-Thomson, és el principi constructiu dels refrigeradors. Al voltant de l'any 1841, juntament en el científic alemany Hermann von Helmholtz, demostrà que l'electricitat és una forma d'energia i que els circuits elèctrics complixen la llei de la conservació de l'energia. El joule (símbol J) és l'unitat del Sistema Internacional per l'energia i el treball mecànic. Es definix com el treball realisat per una força d'1 Newton quan es desplaça paralelament a si mateixa un 1 metro.

Gustav Robert Kirchhoff: lleis de Kirchhoff (1845)

Gustav Robert Kirchhoff

Artícul principal → Lleis de Kirchhoff.

Les principals contribucions a la ciència del físic alemà Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887), estigueren en el camp dels circuits elèctrics, la teoria de plaques, l'òptica, l'espectroscòpia i l'emissió de radiació de cos negre. Kirchhoff propongué el nom de radiació de cos negre en l'any 1862. És responsable de dos conjunts de lleis fonamentals en la teoria clàssica de circuit elèctrics i en l'emissió tèrmica. Encara que abdós es denominen Lleis de Kirchhoff, provablement esta denominació és més comú en el cas de les Lleis de Kirchhoff de l'ingenieria elèctrica. Estes lleis permeten calcular la distribució de corrents i tensions en les xàrcies elèctriques en derivacions i establix lo següent:

1ª) La suma algebraica de les intensitats que concorren en un punt és igual a zero.

2ª) La suma algebraica dels productes parcials d'intensitat per resistència, en una malla, és igual a la suma algebraica de les forces electromotrius presents, quan l'intensitat de corrent és constant.

Juntament en els químics alemanys Robert Wilhelm Bunsen i Joseph von Fraunhofer, fon dels primers en desenrollar les bases teòriques i experimentals de l'espectroscòpia, desenrollant l'espectroscopi modern per l'anàlisis química.

En l'any 1860 Kirchhoff i Bunsen descobriren el cesi i el rubidi per mig de l'espectroscòpia. Kirchhoff també estudià l'espectre solar i realisà importants investigacions sobre la transferència de calor.

William Thomson (Lord Kelvin): relació entre els efectes Seebeck i Peltier (1851), cable flexible (1858)

Artícul principal → Efecte Thomson.

William Thomson (Lord Kelvin)

El matemàtic anglés William Thomson (Lord Kelvin) (1824-1907), realisà molts treballs d'investigació física, per eixemple, l'anàlisis teòric sobre transmissió per cable, que feu possible el desenroll del cable transatlàntic. En l'any 1851 definí la Segona Llei de la Termodinàmica. En l'any 1858 inventà el cable flexible. Kelvin destacà pels seus importants treballs en el camp de la termodinàmica i l'electrònica gràcies als seus profunts coneiximents d'anàlisis matemàtic. És un dels científics que més feu per dur la física a la seua forma moderna.

És especialment famós per haver desenrollat l'escala Kelvin. També descobrí en 1851 el nomenat efecte Thomson, pel qual conseguí demostrar que l'efecte Seebeck i l'efecte Peltier estan relacionats. Aixina, un material somés a un gradient tèrmic i recorregut per una intensitat intercanvia calor en el mig exterior. Recíprocament, una corrent elèctrica és generat pel material somés a un gradient tèrmic i recorregut per un fluix de calor. La diferència fonamental entre els efectes Seebeck i Peltier respecte a l'efecte Thomson és que este últim existix per un sol material i no necessita l'existència d'una soldadura. Rebé el títul de Baró Kelvin en honor dels guanys de la seua carrera. El Kelvin és l'unitat de mesura de temperatura absoluta.

Heinrich Daniel Ruhmkorff: la bobina de Ruhmkorff genera purnes d'alt voltage (1851)

El físic alemà Heinrich Daniel Ruhmkorff o Rühmkorff (1803-1877) es dedicà principalment a la construcció d'aparells i instruments elèctrics de gran qualitat i precisió. Ideà en l'any 1851 la bobina d'inducció o bobina de Ruhmkorff, popular instrument del sigle XIX.

D'invenció anterior a la dels transformadors de corrent alternaa, és un verdader transformador polimorf i elevat en qué s'obté, a partir d'una corrent primaria contínua i de poca força electromotriu suministrat per una pila o bateria elèctrica, un atre d'alta tensió i corrent alternaa. Les elevades diferències de potencial produïdes podien ser aplicades sobre els extrems d'un tubo de Crookes per provocar l'emissió d'uns rajos que, pel seu caràcter desconegut, foren denominats rajos X i que començaren a ser amprats per a realisar fotografies a través dels cossos opacs. Estes bobines foren les precursores de les que s'instalen en els automòvils per elevar la tensió a la bugia dels motors de gasolina per realisar l'encesa de la mescla de combustible.

Léon Foucault: corrents de Foucault (1851)

Artícul principal → Corrent de Foucault.

Jean Bernard Léon Foucault

El físic francés Léon Foucault (1819-1868) inventà el giroscopi, demostrà la rotació de la Terra per mig d'un pèndul que creà en este fi i mesurà la velocitat de la llum per mig de espills giratoris. En el camp de l'electricitat, es dedicà a l'estudi de l'electromagnetisme i descobrí les corrents que porten el seu nom. En setembre de l'any 1855 descobrí que la força requerida per a la rotació d'un disc de coure aumenta quan se'l fa rotar entre els pols d'un imant i el disc comença a calfar-se per les corrents (nomenats "de Foucault") induïdes al metall.

Antonio Pacinotti: la primera dinamo (1870)

Artícul principal → Dinamo.

Dinamo de Antonio Pacinotti.

El físic italià Antonio Pacinotti (1841-1912) construí la primera màquina de corrent continu denominada dinamo que fon un punt de partida de la nova indústria elèctrica. Una dinamo és una màquina destinada a la transformació d'energia mecànica en elèctrica per mig del fenomen de l'inducció electromagnètica.

La corrent generada és produïda quan el camp magnètic creat per un imant o un electroimant fix (inductor) travessa una bobina rotatòria (induït) colocada al seu si. La corrent induïda en esta bobina giratòria, en principi corrent alternaa és transformada en corrent continua per mig de l'acció d'un commutador giratori, solidari en l'induït, denominat colector d'admissió, constituït per uns electrodos denominats delgues. D'aquí és conduïda a l'exterior per mig de atres contacte fixos nomenats escombretes que fan contacte per fregament en les delgues del colector. La dinamo fon el primer generador elèctric apte per us industrial. Zénobe Gramme va inventar la dinamo 5 anys més tart pero perfeccionà els invents de dinamos que existien i en reinventà el disseny en proyectar els primers generadors comercials a gran escala, que operaven en París a voltants de l'any 1870. El seu disseny es coneix com la dinamo de Gramme.

Johann Wilhelm Hittorf: el primer tubo de rajos catòdics (1872)

Artícul principal → Johann Wilhelm Hittorf.

Johann Wilhelm Hittorf

El catedràtic de física i química alemà Johann Wilhelm Hittorf (1824-1914) contribuí de manera important al desenroll de l'electroquímica en incontables invents. Per un dels seus treballs (tubo de Hittorf, 1872) és considerat el precursor del tub de Crookes en el qual William Crookes deduí l'existència dels raigs catòdics (1878).

Estudià també les variacions del espectre al variar l'atmòsfera. Determinà l'íntima dependència entre la conductivitat elèctrica i l'acció química i la divisió de les sals complexes per la via de la corrent. Estudià l'alotropia del seleni i del fòsfor, descrigué el comportament electroquímic del crom i registrà la velocitat de migració dels ions somesos a l'acció de la corrent elèctrica. És autor de Über die Wanderung der Ionen während der Elektrolyse.

James Clerk Maxwell: les quatre equacions de Maxwell (1875)

Artícul principal → Equacions de Maxwell.

James Clerk Maxwell en la seua joventut

El físic i matemàtic escocés James Clerk Maxwell (1831-1879) és conegut principalment per haver desenrollat un conjunt d'equacions que expressen les lleis fonamentals de l'electricitat i el magnetisme aixina com per l'estadística de Maxwell-Boltzmann en la teoria cinètica de gasos.

També es dedicà a l'investigació de la visió en color i els principis de la termodinàmica i formulà, teòricament, que els anells de Saturn estaven formats per matèria disgregada. Maxwell amplià les investigacions que Michael Faraday havia realisat sobre els camps electromagnètics, formulant la relació matemàtica entre els camps elèctrics i magnètics per mig de quatre equacions diferencials (nomenades hui "les equacions de Maxwell") que relacionen el camp elèctric i el magnètic per una distribució espacial de càrregues i corrents. També demostrà que la naturalea dels fenòmens lluminosos i electromagnètics era la mateixa i que abdós es propaguen a la velocitat de la llum.

La seua obra més important és el Treatise on Electricity and Magnetism (Tractat d'electricitat i magnetisme, 1873), a on publicà les seus célebres equacions. També escrigué: Matter and motion (Matèria i moviment, 1876) i Theory of Heat (Teoria de la calor, 1877). La teoria de Maxwell obtingué la seua comprovació definitiva quan Heinrich Rudolf Hertz obtingué en l'any 1888 les ones electromagnètiques de ràdio. Les seues investigacions possibilitaren l'invenció del telégraf sense fils i la ràdio.

L'unitat de fluix magnètic en el sistema cegesimal, el maxwell, rep este nom en honor seu.

Artícul principal → James Clerk Maxwell.

Finals del sigle XIX: el temps dels ingeniers

Els anys centrals del sigle XIX havien presenciat extraordinaris avanços en l'aplicació de l'electricitat a les comunicacions i en l'any 1881 s'organisà en París una Exposició Internacional d'electricitat i un Congrès international des électriciens (Congrés internacional d'electricistes). Encara que el coneiximent científic de l'electricitat i el magnetisme havia segut imprescindible, els tècnics o inventors adquiriren un sentiment de fe, i inclús de reticència cap als científics purs. Encara que la teoria de Maxwell era ignorada per la majoria d'ingeniers elèctrics, que en la seua pràctica tecnològica no la necessitaven. Això no pogué mantindre's a partir de la demostració experimental de la radiació electromagnètica (Heinrich Hertz, 1888), i en la década dels noranta les noves generacions d'ingeniers incorporaren en més confiança les aportacions teòriques i estigueren millor preparats per a les noves tecnologies elèctriques que aplicaven els efectes del camp electromagnètic, com la corrent alterna.

Dos invencions que aplicaven el motor elèctric a la tracció de vehículs revolucionaren particularment la vida urbana, permetent una movilitat en l'espai que es convertí en movilitat social: l'ascensor elèctric i el tramvia elèctric (abdós en participació de Frank J. Sprague). Fins llavors era habitual que pobres i rics compartiren la mateixa casa els eixamples burguesos (uns a la planta principal i atres a les golfs), en alçades que no solien superar les cinc o sis plantes. L'urbanisme del sigle XX permeté el creiximent de megaciutats, en nítides diferències entre barris de rics i pobres, i en desplaçaments horisontals quilomètrics i de decenes de plantes en vertical (els arrapacels). El Metro de Londres, que funcionava en locomotores de vapor des de l'any 1863, aplicà la tracció elèctrica per permetre llínies a més profunditat sense tants requisits de ventilació (nomenades '”deep-level) des del 1890, i el sistema es difongué per atres ciutats europees i americanes (Budapest i Glasgow, 1886; Boston, 1897; sobte de Buenos Aires, 1913; metro de Madrit, 1919). L'electrificació dels ferrocarrils fon posterior (vore secció Electrificació dels ferrocarrils).

Alexander Graham Bell: el teléfon (1876)

Alexander Graham Bell

Artícul principal → Teléfon.

L'escocés-estadounidenc Alexander Graham Bell, científic, inventor i logopeda (1847-1922), es disputà en atres investigadors l'invenció del teléfon i conseguí la patent oficial en els Estats Units en 1876. Prèviament havien segut desenrollats dispositius similars per atres investigadors, entre els quals destacà Antonio Meucci (1871), que entaulà llitigis fallits en Bell fins a la seua mort, i és a qui se sol reconéixer actualment la prelació en l'invent.

Bell contribuí de manera decisiva al desenroll de les telecomunicacions a través de la seua empresa comercial (Bell Telephone Company, 1877, posteriorment AT&T). També fundà en la ciutat de Washington DC el Laboratori Volta, a on, juntament en els seus socis, inventà un aparell que transmetia sons per mig de rajos de llum (el fotòfon, 1880); i desenrollà el primer cilindre de cera per a gravar (1886), cosa que posà les bases del gramòfon. Participà en la fundació de la National Geographic Society i de la revista Science.

Thomas Alva Edison: desenroll de la llàntia incandescent (1879), Menlo Park i comercialisació

Thomas Alva Edison

Artícul principal → Llàntia incandescent.

L'inventor nort-americà Thomas Alva Edison (1847-1931) ha segut considerat com el més gran inventor de tots els temps. Se li atribuïx la invenció de la llàntia incandescent, encara que la seua intervenció és més el perfeccionament de models anteriors (Heinrich Göbel, rellonger alemà, havia fabricat llànties funcionals tres décades abans). Edison conseguí, despuix de molts intents, un filament que conseguia la incandescència sense fondre's: no era de metal, sino de bambú carbonisat.

El 21 d'octubre de l'any 1879 conseguí que la seua primera bombeta lluís durant 48 hores ininterrompudes, en 1,7 lúmens per watt. La primera llàntia incandescent en un filament de cotó carbonisat construïda per Edison fon presentada, en molt èxit, en la Primera Exposició d'Electricitat de París (1881) com una instalació completa d'allumenació elèctrica de corrent continua; sistema que immediatament fon adoptat tant en Europa com en els Estats Units. En 1882 desenrollà i instalà la primera gran central elèctrica del món en Nova York. No obstant, més tart, el seu us de la corrent contínua es va vorer desplaçat pel sistema de corrent alterna desenrollat per Nikola Tesla i George Westinghouse.

La seua visió comercial de l'investigació científicotècnica el dugué a fundar el laboratori de Menlo Park (Nova Jersey), a on conseguí un eficaç treball d'equip d'un gran número de colaboradors. Gràcies a això arribà a registrar 1093 patents d'invents desenrollats per ell i els seus ajudants, invents dels quals el desenroll i millora posteriors han marcat profundament l'evolució de la societat moderna, entre ells: el fonógraf, un sistema generador d'electricitat, un aparell per gravar sons i un proyecte de película (el cinetoscopi), un dels primers ferrocarrils elèctrics, unes màquines que feen possible la transmissió simultànea de diversos mensages telegràfics per una mateixa llínea (cosa que aumentà enormement la utilitat de les llínies telegràfiques existents), l'emissor telefònic de carbó (molt important pel desenroll del teléfon, que havia segut inventat recentment per Alexander Graham Bell), etc. Al sincronisar el fonógraf en el cinetoscopi, produí en l'any 1913 la primera película sonora.

En l'àmbit científic descobrí l'efecte Edison, patentat en 1883, que consistia en el pas d'electricitat des d'un filament a una placa metàlica dins d'un globo de llampada incandescent. Encara que ni ell ni els científics de la seua época li donaren importància, este efecte seria un dels fonaments de la vàlvula de la ràdio i de l'electrònica. En l'any 1880 s'associà en el empresari J. P. Morgan per fundar la General Electric.

John Hopkinson: el sistema trifàsic (1882)

Artícul principal → Corrent trifàsic.

L'ingenier i físic anglés John Hopkinson (1849-1898) contribuí al desenroll de l'electricitat en el descobriment del sistema trifàsic per la generació i distribució de la corrent elèctrica, sistema que patentà en l'any 1882.

Un sistema de corrents trifàsiques és el conjunt de tres corrents alternes monofàsiques d'igual freqüència i amplitut (i per tant, valor eficaç) que presenten un desfasament entre ells de 120° (un terç de cicle). Cadascuna de les corrents monofàsiques que formen el sistema es designen en el nom de fase.

També treballà en moltes àrees de l'electromagnetisme i l'electrostàtica. De les seues investigacions establí que "el fluix d'inducció magnètica és directament proporcional a la força magnetomotriu i inversament proporcional a la reluctància", expressió molt semblant a l'estableta a la Llei d'Ohm per l'electricitat, i que es coneix en el nom de Llei de Hopkinson També es dedicà a l'estudi dels sistemes d'iluminació, millorant-ne l'eficiència, aixina com a l'estudi dels condensadors. Profundisà en els problemes de la teoria electromagnètica, proposts per James Clerk Maxwell. En l'any 1883 donà a conéixer el principi dels motors síncrons.

Heinrich Rudolf Hertz: demostració de les equacions de Maxwell i la teoria electromagnètica de la llum (1887)

Heinrich Rudolf Hertz

Artícul principal → Efecte fotoelèctric.

El físic alemany Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894) demostrà l'existència de les ones electromagnètiques predites per les equacions de Maxwell. Fon el primer investigador que creà dispositius que emetien ones radioelèctriques i també dispositius que permetien detectar-les. Feu numerosos experiments sobre el seu modo i velocitat de propagació (hui coneguda com a velocitat de la llum), en els que es fonamenten la ràdio mig de comunicació i la telegrafia sense fils, que ell mateix descobrí. En l'any 1887 descobrí l'efecte fotoelèctric. L'unitat de mesura de la freqüència fon nomenada Hertz (símbol Hz) en honor seu.

George Westinghouse: el subministrament de corrent alternaa (1886)

Artícul principal → Corrent altern.

George Westinghouse

L'inventor i industrial nort-americà George Westinghouse (1846-1914) s'interessà inicialment pels ferrocarrils (fre automàtic d'aire, sistema de senyals ferroviaris, agulla de creuament). Posteriorment dedicà les seues investigacions a l'electricitat, sent el principal responsable de l'adopció de la corrent alternaa pel suministrament d'energia elèctrica als Estats Units. En aquell afany tecnològic i comercial hagué de véncer l'oposició del popular inventor Thomas Alva Edison, que basava les seues investigacions i expansió comercial en la corrent continua i arribaria a sugerir l'invenció de la cadira elèctrica de corrent alternaa com estratègia en aquella competència.

Westinghouse comprà al científic croat Nikola Tesla la seua patent per la producció i transport de corrent alternaa, que impulsà i desenrollà. Posteriorment perfeccionà el transformador, desenrollà un alternador i adaptà per a la seua utilisació pràctica el motor de corrent alternaa inventat per Tesla. En l'any 1886 fundà la companyia elèctrica Westinghouse Electric & Manufacturing Company, que contà en els primers anys en la decisiva colaboració de Tesla, en qui conseguí desenrollar la tecnologia necessària per desenrollar un sistema de suministrament de corrent alternaa. Westinghouse també desenrollà un sistema per transportar gas natural, i a lo llarc de la seua vida obtingué més de 400 patents, moltes d'elles de maquinària de corrent alternaa.

Nikola Tesla: desenroll de màquines elèctriques, la bobina de Tesla (1884-1891) i el radiotransmissor (1893)

Estàtua de Nikola Tesla en les cascades del Niàgara

Artícul principal → Màquina elèctrica.

L'ingenier i inventor d'orige croat Nikola Tesla (1856-1943) emigrà en 1884 als Estats Units. És reconegut com un dels investigadors més destacats en el camp de l'energia elèctrica. El Govern dels Estats Units el considerà una amenaça per les seues opinions pacifistes i patí el maltractament d'atres investigadors millor reconeguts com Marconi o Edison.

Desenrollà la teoria de camps rotants, base dels generadors i motors polifàsics de corrent alterna. En l'any 1887 conseguix construir el motor d'inducció de corrent alternaa i treballa en els laboratoris Westinghouse, a on concep el sistema polifàsic per traslladar l'electricitat a llargues distàncies. En l'any 1893 conseguix transmetre energia electromagnètica sense cables, construint el primer radiotransmissor (avançant-se a Guglielmo Marconi). Aquell mateix any en Chicago feu una exhibició pública de la corrent alternaa, demostrant la seua superioritat sobre la corrent contínua d'Edison. Els drets d'estos invents li foren comprats per George Westinghouse, que mostrà el sistema de generació i transmissió per primera vegada en la World's Columbian Exposition de Chicago de 1893. Dos anys més tart els generadors de corrent alternaa de Tesla s'instalaren en la central experimental d'energia elèctrica de les cascades del Niàgara. Entre els molts invents de Tesla es troben els circuits resonants de condensador més inductància, els generadors d'alta freqüència i la nomenada bobina de Tesla, utilisada en el camp de les comunicacions per ràdio.

La unitat d'inducció magnètica del sistema MKS rep el nom de Tesla en honor seu.

Charles Proteus Steinmetz: la histèresi magnètica (1892)

Charles Proteus Steinmetz

L'ingenier i inventor d'orige alemà Charles Proteus Steinmetz (1865-1923) és conegut principalment per les seues investigacions sobre la corrent alternaa i pel desenroll del sistema trifàsic de corrents alternes. També inventà la llampada d'arc en electrodo metàlic. En l'any 1892 descobrí la histèresis magnètica, un fenomen en virtut del qual els electroimants en un núcleu de material ferromagnètic (com el ferro) no es magnetisen al mateix ritme que la corrent variable que passa per les seues espires, sino que existix un retart.

En l'any 1893 desenrollà una teoria matemàtica aplicable al càlcul de circuits en corrent alternaa (per lo que introduí l'us de números complexos) cosa que facilità el canvi de les noves llínies d'energia elèctrica, que inicialment eren de corrent continua. Els seus treballs contribuïren en gran mesura a l'impuls i utilisació de l'electricitat com font d'energia en la indústria. En 1902 fon designat professor de la Universitat de Schenectady, Nova York, a on permaneixqué fins a lla seua mort. Treballà per l'empresa General Electric.

Wilhelm Conrad Röntgen: els rajos X (1895)

Wilhelm Conrad Röntgen

Artícul principal → Rajos X.

El físic alemany Wilhelm Conrad Röntgen (1845-1923). Utilisant un tubo de Crookes, fon qui produí en 1895 la primera radiació electromagnètica en les llongituts d'ona corresponents als actualment nomenats rajos X. Gràcies al seu descobriment fon guardonat en el primer Premi Nobel de Física en l'any 1901. El premi fon concedit oficialment: "en reconeiximent als extraordinaris servicis que ha brindat pel descobriment dels notables rajos que porten el seu nom."

Röntgen no volgué que els rajos dugueren el seu nom encara que en Alemanya el procediment de la radiografia es diu "röntgen" a causa del fet que els verps alemanys tenen la desinència "en". Els rajos X es comencen a aplicar en tots els camps de la medicina entre ells l'urològic.

Posteriorment atres investigadors utilisaren la radiologia pel diagnòstic de la malaltia litiàsica. És un dels punts culminants de la medicina de finals del sigle XIX, sobre el qual es basaren numerosos diagnòstics d'entitats nosològiques, fins a aquell moment difícils de diagnosticar, i continuà havent-hi desenrolls posteriors al sigle XX i fins als nostres dies (vore la secció Electromedicina).

En honor seu rep el seu nom la unitat de mesura de l'exposició a la radiació, estableta en 1928: Roentgen (unitat).

Michael Idvorski Pupin: la bobina de Pupin (1894) i les imàgens de rajos X (1896)

Artícul principal → Radiografia.

El físic i electrotècnic servi Michael Idvorski Pupin (1854-1935) desenrollà en l'any 1896 un procediment per obtindre la fotografia ràpida d'una image obtinguda per mig de rajos X, que a soles requeria una exposició d'una fracció de segon en lloc d'una hora o més que s'amprava anteriorment.

Entre els seus numerosos invents destaca la pantalla fluorescent que facilitava l'exploració i registre de les imàgens radiològiques obtingudes en els rajos X. També desenrollà en 1894 un sistema per aumentar en gran mesura l'abast de les comunicacions telefòniques a través de llínies de fil de coure, per mig de l'inserció a intervals regulars a lo llarc de la llínea de transmissió d'unes denominades bobines de càrrega. Estes bobines reben en honor seu el nom de bobina de Pupin i el método també es denomina pupinisación.

Joseph John Thomson: els rajos catòdics (1897)

Artícul principal → Electró.

Joseph John Thomson

El físic anglés Joseph John Thomson (1856-1940) descobrí que els rajos catòdics podien desviar-se aplicant un camp magnètic perpendicular a la seua direcció de propagació i calculà les lleis d'esta desviació. Demostrà que estos rajos estaven constituïts per partícules atòmiques de càrrega negativa que nomenà corpúsculs i hui en dia es coneixen com electrons. Demostrà que la nova partícula que havia descobert era aproximadament mil vegades més llaugera que l'hidrogen.

Esta fon la primera identificació de partícules subatòmiques, en les grans conseqüències que això tingué en el consegüent desenroll de la ciència i la tècnica. Posteriorment, mesurant la desviació en camps magnètics, obtingué la relació entre la càrrega i la massa de l'electró. També examinà els rajos positius i en l'any 1912, descobrí la manera d'utilisar-los per separar àtoms de diferent massa. L'objectiu se conseguí desviant els rajos positius en camps electromagnètics (espectrometria de massa). Aixina descobrí que el neó té dos isòtops (el neó-20 i el neó-22).

Tots estos treballs serviren a Thomson per propondre una estructura de l'àtom, que més tart es demostrà incorrecta, perque suponia que les partícules positives estaven mesclades homogéneament en les negatives. Thomson també estudià i experimentà sobre les propietats elèctriques dels gasos i la conducció elèctrica a través d'ells, i fon justament per esta investigació que rebé el Premi Nobel de Física en l'any 1906.

Germans Lumière: l'inici del cine (1895)

Artícul principal → Història del cine.

Els Germans Lumière

A finals del sigle XIX diversos inventors estigueren treballant en diversos sistemes que tenien un objectiu comú: el visionament i proyecció d'imàgens en moviment. Entre l'any 1890 i l'any 1895, són numeroses les patents que es registren en l'objectiu d'oferir al públic les primeres "preses de vistes" animades. Entre els pioners es troben els alemanys Max i Emil Skladanowski, els estatunidencs Charles F. Jenkins, Thomas Armat i Thomas Alva Edison (cinetoscopi), i els francesos germans Lumière (cinematògraf).

Encara que ya existien películes no era possible proyectar-les en una sala cinematogràfica. El cine fon oficialment inaugurat en la primera exhibició pública, en París, el 28 de decembre de l'any 1895. La conexió del nou invent en l'electricitat no fon immediata, perqué els moviments mecànics es produïen manualment (cosa que produïa problemes de variació de la velocitat, pero també era utilisat com a part dels efectes especials); mentres que la llum de les primeres llanternes provenia d'una flama generada per la combustió d'éter i oxigen. Pero utilisar una flama al costat del celuloide (que era amprat com soport per les películes, i que és molt inflamable) constituïa una font constant de greus perills per proyeccionistes i espectadors, per lo que es buscaren substituts a la font lluminosa.

Al estendre's les xàrcies elèctriques s'utilisà l'arc elèctric incandescent. Inicialment s'utilisaven dos electrodos de carbó alimentats en una corrent continua, un en càrrega positiva i un atre en càrrega negativa. Actualment es realisa el pas de la corrent contínua a través de dos conductors, tancats en una càpsula de gas, normalment xenó. Estes llampares de xenó porten en el seu interior dos electrodos entre els quals salta l'arc voltaic que produïx la llum. Quant a la motorisació elèctrica del funcionament de la càmara i del proyecte es feu ineludible en el temps, sobretot despuix del pas al cine sonor (primera proyecció experimental en París, 1900, i d'un modo eficaç en Nova York, 1923, sent la primera película El cantant de jazz, 1927), lo que implicava també les tecnologies d'enregistrament i reproducció del so, inicialment obtengut a partir d'una banda lateral d'opacitat variable detectada per una cela fotoelèctrica (la banda sonora). A partir de llavors sorgí el concepte de mig audiovisual.

La tecnologia del cine ha evolucionat molt fins al cine digital del sigle XXI i simultàneament ha evolucionat el llenguage cinematogràfic, incloent-hi les convencions del gènero i els gèneres cinematogràfics. Més transcendent encara ha segut l'evolució conjunta de cine i societat, i el sorgiment de diferents moviments cinematogràfics, cinematografies nacionals, etc. En els Estats Units, Thomas Alva Edison fon el màxim impulsor del cine, consolidant una indústria en la que desijava ser el protagonista indiscutible al considerar-se com l'únic inventor i propietari del nou espectacul. En Espanya, la primera projecció l'oferí un enviat dels Lumière en Madrit, el 15 de maig de l'any 1896.

Guglielmo Marconi: la telegrafia sense fil (1899)

Guglielmo Marconi

Artícul principal → Ràdio.

L'ingenier i físic italià Guglielmo Marconi (1874-1937), és conegut, principalment, com l'inventor del primer sistema pràctic de senyals telegràfics sense fils, que donà orige a la ràdio actual.

En l'any 1899 conseguí establir comunicació telegràfica sense fils a través del canal de la Mànega entre Anglaterra i França, i en 1903 a través de l'oceà Atlàntic entre Cornualla, i Saint John's (Terranova i Labrador), Canadà.

En l'any 1903 establí en els Estats Units l'estació WCC. A la seua inauguració, es creuaren mensages de salutació entre el president Theodore Roosevelt i el rei Eduart VIII d'Anglaterra.

En l'any 1904 arribà a un acort en el servici de Correus britànic per a la transmissió comercial de mensages per ràdio. Les marines italiana i britànica adoptaren el seu sistema i cap a l'any 1907 havia conseguit tal perfeccionament que s'establí un servici transatlàntic de telegrafia sense fils per us públic. Per la telegrafia fon un gran impuls el poder utilisar el còdic Morse sense necessitat de cables conductors.

Encara que se li atribuí l'invenció de la ràdio, la patent tornà al verdader inventor, l'austro-hongarés Nikola Tesla, en 1943. També inventà l'antena Marconi. En 1909 Marconi rebé, juntament en el físic alemà Karl Ferdinand Braun, el Premi Nobel de Física pel seu treball.

Peter Cooper Hewitt: la llàntia de vapor de mercuri (1901-1912)

Artícul principal → Llàntia de vapor de mercuri.

L'ingenier elèctric i inventor estadounidenc Peter Cooper Hewitt (1861-1921) es feu célebre per l'introducció de la llàntia de vapor de mercuri, un dels més importants avanços en allumenació elèctrica. En la década de 1890 treballà sobre les experimentacions realisades pels alemanys Julius Plücker i Heinrich Geissler sobre el fenomen fluorescent, és dir, les radiacions visibles produïdes per una corrent elèctrica que passa a través d'un tubo de vidre ple de gas.

Els esforços de Hewitt s'encaminaren cap a trobar el gas que resultara més apropiat per la producció de llum, i el trobà en el mercuri. La llum obtinguda, per este método, no era apta per a us domèstic, pero trobà aplicació en atres camps de la indústria, com en medicina, en l'esterilisació d'aigua potable i en el revelat de películes. En l'any 1901 inventà el primer model de llàntia de mercuri (encaraque no en registrà la patent fins a l'any 1912). En l'any 1903 fabricà un model millorat que emetia una llum de millor qualitat i que trobà major utilitat al mercat.

El desenroll de les llànties incandescent de filament de tungsté, a partir de la década de 1910, supongué una dura competència per la llàntia de Hewitt, a pesar de ser huit vegades menys eficient que esta, tenien una lluminositat molt més atractiva.

Gottlob Honold: la magneto d'alta tensió, la bugia (1902) i els fars parabòlics (1913)

Gottlob Honold

Artícul principal → Magneto.

L'ingenier alemany Gottlob Honold (1876-1923), que treballava en l'empresa Robert Bosch, fon el primer que fabricà una bugia econòmicament viable que, conectada a un magneto d'alta tensió, feu possible el desenroll dels motors de combustió interna de cicle Otto en velocitats de gir de diversos milers de revolucions per minut i potències específiques.

Una bugia és l'element a on es produïx una purna provocant l'encesa de la mescla de combustible i aire en els cilindres d'un motor de cicle Otto. Les primeres patents per a la bugia daten de Nikola Tesla (Plantilla:US patent en el que es dissenya un sistema temporisat d'ignició repetida, en l'any 1898), quasi al mateix temps que Frederik Richard Simms (GB 24859/1898, 1898) i Robert Bosch (GB 26907/1898). Karl Benz també inventaren la seua pròpia versió de bugia. No obstant, la bugia de Honold de 1902 era comercialment viable, d'alta tensió i podia realisar un major número de purnes per minut, motiu pel qual Daimler. La bugia té dos funcions primàries: produir la ignició de la mescla d'aire i combustible i dissipar part de la calor de la cambra de combustió cap al bloc motor per conducció tèrmica. Les bugies es classifiquen pel que es coneix com ranc tèrmic en funció de la seua conductància tèrmica. Les bugies transmeten energia elèctrica que convertixen el combustible en un sistema d'energia. Cal proporcionar una quantitat suficient de voltage al sistema d'ignició perqué puga generar la purna a través del calibratge de la bugia.

En l'any 1913, Honold participà en el desenroll dels fars parabòlics. Encara que s'havia utilisat anteriorment alguns sistemes d'allumenat per a la conducció nocturna, els primers fars en prou ferramentes donaven llum i servien poc més que com sistema de senyalisació. Honold concebé la idea de colocar espills parabòlics darrere de les llànties per concentrar el feix lluminós, cosa que millorava la allumenació del camí sense necessitat d'utilisar un sistema elèctric més potent.

Canvis de paradigma del sigle XX

L'efecte fotoelèctric ya havia segut descobert i descrit per Heinrich Hertz en l'any 1887. Pero, li faltava una explicació teòrica i semblava ser incompatible en les concepcions de la física clàssica. Esta explicació teòrica només fon possible en l'obra d'Albert Einstein (entre els famosos artículs de l'any 1905) que basà la seua formulació de la fotoelectricitat en una extensió del treball sobre els quàntums de Max Planck. Més tart Robert Andrews Millikan passà deu anys experimentant per demostrar que la teoria d'Einstein no era correcta pero acabà demostrant que sí que ho era. Això permeté que tant Einstein com Millikan reberen el premi Nobel en 1921 i en 1923 respectivament.

En l'any 1893 Wilhelm Weber conseguí combinar la formulació de Maxwell en les lleis de la termodinàmica per a tractar d'explicar l'emissivitat del nomenat cos negre, un model d'estudi de la radiació electromagnètica que tindrà importants aplicacions en astronomia i cosmologia.

En l'any 1911 es provà experimentalment el model atòmic de Rutherford (núcleu en massa i càrrega positiva i corona de càrrega negativa), encara que tal configuració havia segut predita en 1904 pel japonés Hantaro Nagaoka, la contribució del qual havia passat desapercebuda.

La nomenada Gran Ciència lligada a l'investigació atòmica necessità superar reptes tecnològics quantitativament impressionants, perque era necessari fer topar partícules en el núcleu atòmic en cada vegada més energia. Esta fon una de les primeres curses tecnològiques del sigle XX i que, independentment de l'orige nacional de les idees o processos posats en pràctica (molts d'ells europeus: alemans, austrohongaresos, italians, francesos, belgues o britànics), foren guanyades per l'eficaç i inquietant complex científic-tècnic-productiu-militar dels Estats Units. En l'any 1928 Merle Tuve utilisà un transformador Tesla per conseguir els tres millons de volts. En 1932 John Cockcroft i Ernest Walton observaren la desintegració d'àtoms de liti en un multiplicador voltaic que conseguia els 125.000 volts.

En l'any 1937 Robert Van de Graaff construí generadors de cinc metros d'alçada per generar corrents de 5 millons de volts. Ernest Lawrence, inspirat pel noruec Rolf Wideröe, construí entre l'any 1932 i l'any 1940 successius i cada vegada més grans ciclotrons, confinadors magnètics circulars, per desentranyar l'estructura de les partícules elementals a base de sometre-les a chocs a enormes velocitats.

Els quarks (batejats aixina en 1963 i descoberts successivament en la década 1970 i fins a dates tan propenques com l'any 1996), aixina com les particularitats de la seua càrrega elèctrica encara són una incògnita de la física d'hui en dia.

La indústria elèctrica creix en la societat de consum de masses i passa a la fase del capitalisme monopolista de les grans corporacions multinacionals de tipo holding, com les nord-americanes General Electric (derivada de la companyia d'Edison) i Westinghouse Electric (derivada de la de Westinghouse i Tesla), la Marconi Company (més purament multinacional que italiana), les alemanyes AEG, Telefunken, Siemens AG i Braun (esta última, més tardana, deu el seu nom a Max Braun, no al físic Carl Ferdinand Braun) o les japoneses Mitsubishi, Matsushita (Panasonic) Sanyo o Sony (estes últimes posteriors a la segona guerra mundial). Fins i tot en països chicotets, pero desenrollats, el sector elèctric i l'electrònica de consum tingueren presència primerenca i destacada en els processos de concentració industrial, com són els casos de l'holandesa Philips i la finlandesa Nokia.

Hendrik Antoon Lorentz: Les transformacions de Lorentz (1900) i l'efecte Zeeman (1902)

Lorentz en Einstein en 1921

Artícul principal → Efecte Zeeman.

El físic holandés Hendrik Antoon Lorentz (1853-1928) realisà un gran número d'investigacions en els camps de la termodinàmica, la radiació, el magnetisme, l'electricitat i la refracció de la llum, entre les quals destaca l'estudi de l'expressió de les equacions de Maxwell en sistemes inercials i les seues conseqüències sobre la propagació de les ones electromagnètiques.

Formulà, conjuntament en George Francis FitzGerald, una explicació de l'experiment de Michelson i Morley sobre la constància de la velocitat de la llum, atribuint-la a la contracció dels cossos en la direcció del seu moviment. Este efecte, conegut com a contracció de Lorentz-FitzGerald, seria despuix expressat com les transformacions de Lorentz, les que deixen invariants les equacions de Maxwell, posterior base del desenroll de la teoria de la relativitat.

Nomenà a Pieter Zeeman com a el seu assistent personal, estimulant-lo a investigar l'efecte dels camps magnètics sobre les transicions d'espín, cosa que el dugué a descobrir lo que hui en dia es coneix en el nom d'efecte Zeeman, base de la tomografia per resonància magnètica nuclear. Per este descobriment i la seua explicació, Lorentz compartí en l'any 1902 el Premi Nobel de Física en Pieter Zeeman

Albert Einstein: L'efecte fotoelèctric (1905)

Artícul principal → Efecte fotoelèctric.

Albert Einstein Parc de les Ciències de Granada

A l'alemà nacionalisat nort-americà Albert Einstein (1879 – 1955) se'l considera el científic més conegut i important del sigle XX. El resultat de les seues investigacions sobre l'electricitat arribà en 1905 (data transcendental en la que es commemorà l'Any mundial de la física 2005), quan escrigué quatre artículs fonamentals sobre la física de chicoteta i gran escala. Hi explicava el moviment brownià, l'efecte fotoelèctric i desenrolla la relativitat especial i l'equivalència entre massa i energia.

L'efecte fotoelèctric consistix en l'emissió d'electrons per un material quan se l'ilumina en radiació electromagnètica (llum visible o ultraviolada, en general). Ya havia segut descobert i descrit per Heinrich Hertz en l'any 1887, pero l'explicació teòrica no arribà fins que Albert Einstein li aplicà una extensió del treball sobre els quàntums de Max Planck. En l'artícul dedicat a explicar l'efecte fotoelèctric, Einstein exponia un punt de vista heurístic sobre la producció i transformació de la llum, a on proponia la idea de quàntums de radiació (ara nomenats fotons) i mostrava com es podia utilisar este concepte per explicar l'efecte fotoelèctric. Una explicació completa de l'efecte fotoelèctric a soles pogué ser elaborada quan la teoria quàntica estigué més avançada. A Albert Einstein se li concedí el Premi Nobel de Física en l'any 1921.

L'efecte fotoelèctric és la base de la producció d'energia elèctrica per radiació solar i del seu aprofitament energètic. S'aplica també per a la fabricació de cèlules utilisades en els detectors de flama de les calderes de les grans plantes termoelèctriques. També s'utilisa en diodos fotosensibles tals com els que s'utilisen en les cèlules fotovoltaiques i en electroscopis o electròmetres. Actualment (2008) el material fotosensible més utilisat és, a part dels derivats del coure (ara en menor ús), el silici, que produïx corrents elèctriques majors.

Robert Andrews Millikan: L'experiment de Millikan (1909)

Artícul principal → Experiment de Millikan.

Robert Andrews Millikan

El físic estadounidenc Robert Andrews Millikan (1868-1953) és conegut principalment per haver mesurat la càrrega de l'electró, ya descoberta per J. J. Thomson. Estudià en un principi la radioactivitat dels minerals d'urani i la descàrrega en els gasos. Despuix realisà investigacions sobre radiacions ultraviolades. Per mig del seu experiment de la gota d'oli, també conegut com a experiment de Millikan, determinà la càrrega de l'electró: 1,602 × 10^-19 coulomb.

La càrrega de l'electró és l'unitat bàsica de quantitat d'electricitat i es considera la càrrega elemental perque tots els cossos carregats contenen un múltiple enter d'ella. L'electró i el protó tenen la mateixa càrrega absoluta, pero de signes oposts. Convencionalment, la càrrega del protó es considera positiva i la de l'electró negativa.

Entre les seues atres aportacions a la ciència destaquen la seua important investigació sobre els rajos còsmics, com ell els denominà, i sobre els rajos X, aixina com la determinació experimental de la constant de Planck, mesurant la freqüència de la llum i l'energia dels electrons alliberats en l'efecte fotoelèctric. En l'any 1923 fon guardonat en el Premi Nobel de Física pels seus treballs per determinar el valor de càrrega de l'electró i l'efecte fotoelèctric.

Heike Kamerlingh Onnes: Superconductivitat (1911)

Heike Kamerlingh Onnes

Artícul principal → Superconductivitat.

El físic holandès Heike Kamerlingh Onnes (1853-1926) es dedicà principalment a l'estudi de la física a baixes temperatures, realisant importants descobriments en el camp de la superconductivitat elèctrica, fenomen que es produïx quan alguns materials estan a temperatures pròximes al zero absolut.

Ya en el sigle XIX es dugueren a terme diversos experiments per a mesurar la resistència elèctrica a baixes temperatures, sent James Dewar el primer pioner en este camp. Encara que, la superconductivitat com a tal no es descobriria fins a 'anyl 1911, any en qué Onnes observà que la resistència elèctrica del mercuri desapareixia bruscament en refredar-se a 4K (-518,89 °F), quan lo que s'esperava era que disminuira gradualment. En 1913 fon guardonat en el Premi Nobel de Física per, en paraules del comitè, "les seues investigacions en les característiques de la matèria a baixes temperatures que permeteren la producció de l'heli líquid".

Vladímir Zworikin: La televisió (1923)

Artícul principal → Televisió.

L'ingenier rus Vladímir Zworikin (1889-1982) dedicà la seua vida al desenroll de la televisió, l'electrònica i l'òptica. Des de molt jove estava convençut que la solució pràctica de la televisió no seria aportada per un sistema mecànic, sino per la posta a punt d'un procediment que utilizara els tubos de rajos catòdics.

Emigrà als Estats Units i començà a treballar en els laboratoris de la Westinghouse Electric and Manufacturing Company, en Pittsburgh. En la Westinghouse tingué llibertat per a continuar en els seus proyectes personals, és dir, els seus treballs sobre la televisió, especialment sobre l'iconoscopi (1923), un dispositiu que convertia imàgens òptiques en senyals elèctrics.

Un atre dels seus invents, que possibilità una televisió totalment electrònica, fon el cinescopi que transformava les senyals elèctriques de l'iconoscopi en imàgens visibles, encara que de baixa resolució. Els treballs d'investigació de Zworikin i del seu grup de colaboradors no es llimitaren només a la televisió, abastaren molts atres aspectes de l'electrònica, sobretot els relacionats en l'òptica. La seua activitat en este camp permeté el desenroll de dispositius tan importants com els tubs d'images i multiplicadors secundaris d'emissió de diferents tipos. Una gran cantitat d'aparells electrònics militars utilisats en la Segona Guerra Mundial són resultat directe de les investigacions de Zworikin i dels seus colaboradors, que també participàren en l'invenció del microscopi electrònic.

Edwin Howard Armstrong: Freqüència modulada (FM) (1935)

Artícul principal → Freqüència modulada.

Edwin Howard Armstrong

L'ingenier elèctric estadounidenc Edwin Howard Armstrong (1890-1954) fon un dels inventors més prolífics de l'era de la ràdio, al desenrollar una série de circuits i sistemes fonamentals per l'avanç d'este sistema de comunicacions.

En l'any 1912 desenrollà el circuit regeneratiu, que permetia l'amplificació de les dèbils senyals de ràdio en poca distorsió, millorant molt l'eficiència dels circuits emprats fins al moment. En l'any 1918 desenrollà el circuit superheterodí, que donà un gran impuls als receptors d'amplitud modulada (AM). En l'any 1920 desenrollà el circuit superregenerador, molt important en les comunicacions en dos canals. En 1935 desenrollà el sistema de radiodifusió de freqüència modulada (FM) que, ademés de millorar la qualitat de so, disminuí l'efecte de les interferències externes sobre les emissions de ràdio, fent-lo molt inferior al del sistema d'amplitud modulada (AM). El sistema de freqüència modulada (FM), que és hui el més emprat en ràdio i televisió, no es començà a emprar comercialment fins despuix de la seua mort. Moltes invencions d'Armstrong foren reclamades per atres en litigis de patent.

Robert Watson-Watt: El radar (1935)

Artícul principal → Radar.

Robert Watson-Watt

El radar (acrònim de radio detection and ranging, detecció i mesurament de distàncies per ràdio) fon creat en l'any 1935 i desenrollat principalment en Anglaterra durant la Segona Guerra Mundial. El seu principal impulsor fon el físic Robert Watson-Watt (1892-1973), director del Laboratori d'Investigació de Ràdio. Ya en l'any 1932, l'Oficina Postal Britànica publicà un informe en el qual els seus científics documentaren fenòmens naturals que afectaven l'intensitat de la senyal electromagnètica rebuda: tempestasts elèctriques, vents, pluja i el pas d'un avió prop del laboratori. Arnold Wilkins (1907-1985), físic ajudant de Watson-Watts, conegué este informe de manera accidental, conversant en la gent de l'Oficina Postal, que es queixava per l'interferència. Quan Wilkins suggerí la possibilitat d'utilisar el fenomen d'interferència d'ones de ràdio per detectar avions enemics, Watson-Watt el comissionà immediatament per treballar en el càlcul dels aspectes quantitatius.

El radar donà a l'aviació britànica una notable ventaja tàctica sobre Alemanya durant la Batalla d'Anglaterra, quan encara era denominat RDF (Radio Direction Finding). Actualment és una de les principals ajudes en la navegació en qué conta el control de trànsit aéreu de tot tipo, militar i civil.

Segona mitat del sigle XX: Era Espacial o Edat de l'electricitat

Artícul principal → Era espacial.

Despuix de la segona guerra mundial, el món bipolar enfrontat a la guerra freda entre els Estats Units i l'Unió Soviètica presencià la frenètica carrera d'armaments i la carrera espacial que impulsà de manera extraordinària la competència científica i tecnològica entre abdós països.

En la societat de consum capitalista, orientada al mercat, alguns d'estos èxits trobaren aplicació en la vida quotidiana com retorn tecnològic de l'invertit en les àrees d'investigació puntera; cas d'alguns elements de l'indústria llaugera i els servicis (terciarisació), mentres que en el bloc soviètic la planificació estatal privilegiava la indústria pesant. La reconstrucció d'Europa Occidental i Japó permeté que en abdós espais es poguera continuar a la vanguarda de la ciència i la tecnologia, ademés de contribuir en la fuga de cervells als espais centrals.

Al científic i l'inventor individual, ara reemplaçats en prestigi per l'empresari schumpeterià, els succeïren els equips científics vinculats a institucions públiques o privades, cada vegada més interconectades i retroalimentades en el que es denomina investigació i desenroll (I+D) o inclús I+D+I (investigació, desenroll i innovació). Els programes d'investigació s'han fet tan costosos, en tantes implicacions i a tan llarc termin que les decisions que els afecten han de ser preses per instàncies polítiques i empresarials d'alt nivell, i la seua publicitat o manteniment en secret (en fins estratègics o econòmics) constituïxen un problema sério de control social (en principis democràtics o sense ells).

La segona mitat del sigle XX es caracterisà, entre atres coses, per la denominada revolució científicotècnica de la tercera revolució industrial, en avanços de les tecnologies (especialment l'electrònica i la medicina) i les ciències, que ha donat lloc al desenroll d'una molt numerosa série d'invents -dependents de l'electricitat i l'electrònica en el seu disseny i funcionament- que transformaren la vida social, primer en les classes mijanes dels països desenrollats, i posteriorment arreu del món en el procés de globalisació. El desenroll de les telecomunicacions i Internet permet parlar d'una societat de l'informació en la que, en els països industrialment més desenrollats les decisions econòmiques (com consumir, produir i distribuir), socials (com l'establiment de tot tipo de relacions personals, xàrcies socials i xàrcies ciutadanes) i polítiques (com informar-se i opinar, encara que la democràcia electrònica només està esbossada) es transmeten instantàneament, cosa que permeté a Marshall McLuhan parlar de l'Edat de l'Electricitat.

L'automatisació (en estadis més avançats que la robòtica, que encara no s'ha desenrollat plenament) transformà radicalment els processos de treball industrial. És possible parlar ya no d'una societat industrial oposta a la societat preindustrial, sino inclús una societat postindustrial basada en paràmetros completament nous. Entre els invents que han contribuït a la base material d'aquella nova forma de vida cal destacar: electrodomèstics, electrònica digital, ordenadors, robòtica, satèlits artificials de comunicació, energia nuclear, trens elèctrics, refrigeració i congelació d'aliments, electromedicina,etc.

Televisió

Artícul principal → Televisió.

Disseny de la patent de l'iconoscopi de Vladímir Zworikin.

1923: El tubo de rajos catòdics era conegut des de finals del sigle XIX, pero el seu us hagué d'esperar al disseny d'un emissor eficaç, que se conseguí en l'iconoscopi de Vladímir Zworikin, un ingenier rus que venia dissenyant tubos perfeccionats des de l'any 1923. Es basava en milers de chicotetes cèlules fotoelèctriques independents cadascuna en tres capes: una intermedia molt fina de mica, una atra d'una substància conductora (grafit en pols impalpable o argent) i una atra fotosensible composta de milers de chicotets globulets d'argent i òxit de cesi. Este mosaic, conegut en el nom de mosaic electrònic de Zworikin, es colocava dins d'un tubo de buit i sobre el mateix es proyectava, per mig d'un sistema de lents, l'image a captar. La part relativa a la recepció i reproducció foren tubos catòdics derivats del dissector d'image de Philo Farnsworth (1927).

La primera image sobre un tubo de rajos catòdics s'havia format en 1911 en l'Institut Tecnològic de Sant Petersburc i consistí en unes ralles blanques sobre fons negre, obtingudes per Boris Rosing en colaboració en Zworikin. La captació es realisà per mig de dos tambors d'espills (sistema Weiller) i generava una exploració entrellaçada de 30 llínies i 12,5 quadres per segon. Les senyals de sincronisme eren generats per potenciòmetres units als tambors d'espills que s'aplicaven a les bobines deflexores del TRC, en una intensitat de feix proporcional a la allumenació que rebia la cèlula fotoelèctrica.

Hi ha molts països (Alemanya, Anglaterra, França, Estats Units) que es disputen la primacia en les primeres emissions públiques de televisió, en un procediment o un atre. Des de finals dels anys vint es feren per procediments mecànics anteriors al iconoscopi, a càrrec d'empreses públiques (BBC en Anglaterra) o privades (CBS o NBC en els Estats Units). A principis de la década de 1930 ya utilisaven l'iconoscopi, com les que tingueren lloc en París en l'any 1932 en una definició de 60 llínies. La precarietat de les cèlules amprades per la captació fea que calgué allumenar molt intensament les escenes, produint tanta calor que només era possible el desenroll del treball per temps breus. Tres anys despuix s'emetia en 180 llínies .

Des de finals de la década de 1930, culminant en l'[[Exposició General de segona categoria de Nova York (1939)|Fira Mundial de Nova York del 1939]], s'emetien programacions regulars de televisió que foren interrompudes durant la segona guerra mundial. En 1948, la naturalea futura del invent encara permetia imaginacions ucròniques com la de George Orwell (1984 (novela)), en qué apareix encarnant l'omnipresència totalitària del «Gran Germà».

A finals de la década de 1950 es desenrollaren els primers magnetoscopis i les càmares en òptiques intercanviables que giraven en una torreta davant del tubo d'image. Estos avanços, juntament en els desenrolls de les màquines necessàries per la mescla i generació electrònica d'atres fonts, permeteren un desenroll molt alt de la producció. En la década de 1970 s'implementaren les òptiques Zoom i es començaren a desenrollar magnetoscopis més chicotets que permetien la gravació de les notícies en el lloc a on es produïen, el naiximent del periodisme electrònic o ENG. L'implantació de successives millores com la televisió en color i la televisió digital es veu frenada no tant pel desenroll cientificotècnic, sino per factors comercials i per la dispersió i el cost de substitució dels equips.

Ordenadors

Artícul principal → Història de l'informàtica.

ENIAC

El primer ordenador electrònic funcional del qual es té notícia fon l'alemà Z3 de Konrad Zuse, construït en l'any 1941 i destruït en els bombardejos aliats de 1943. L'utilisació comercial d'este tipo d'aparells, que revolucionaren la gestió de la informació i tota la vida social, econòmica i científica, hagué d'esperar a la década de 1950, despuix del seu desenroll en els Estats Units.

El britànic Colossus (dissenyat per Tommy Flowers en l'estació d'Investigació de l'Oficina Postal) i l'estadounidenc Harvard Mark I (construïda per Howard H. Aiken en l'Universitat de Harvard en subvenció d'IBM entre l'any 1939 i l'any 1943), arribaren a temps de ser utilisats en la fase final de la segona guerra mundial (1944-1945), el primer en el dessifrage de mensages alemans i el segon pel càlcul de taules de balística.

Immediatament despuix de la guerra, l'Electronic Numerical Integrator And Computer (Computador i Integrador Numèric Electrònic, ENIAC) utilisat pel Laboratori d'Investigació Balística de l'Eixèrcit dels Estats Units fon construït en 1946 en l'Universitat de Pennsylvania per John Presper Eckert i John William Mauchly. Consumia una potència elèctrica suficient per abastir una chicoteta ciutat, ocupava una superfície de 167 m² i operava en un total de 17.468 vàlvules electròniques o tubos de buit, 7.200 diodos de vidre, 1.500 relés, 70.000 resistències, 10.000 condensadors i 5 millons de soldadures. Pesava 27 tn, mesurava 2,4 m x 0,9 m x 30 m; utilisava 1.500 commutadors electromagnètics i relés; requeria l'operació manual d'uns 6.000 interruptors, i el seu programa o software, quan requeria modificacions, triava semanes d'instalació manual. L'ENIAC podia resoldre 5.000 sumes i 360 multiplicacions en 1 segon. Fon desactivat en 1955.

El substituí en la mateixa institució l'Electronic Discrete Variable Automatic Computer (EDVAC), en 1949. A diferència de l'ENIAC, no era decimal, sino binari i tingué el primer programa dissenyat per a ser almagasenat. Este disseny es convertí en l'estàndart d'arquitectura per a la majoria dels ordenadors moderns i una fita en la història de la informàtica. Als dissenyadors anteriors se'ls havia unit el gran matemàtic John von Neumann. L'EDVAC rebé diverses actualisacions, incloent-hi un dispositiu d'entrada/eixida de targetes perforades en l'any 1953, memòria adicional en un tambor magnètic en 1954 i una unitat d'aritmètica de punt flotant en 1958. Deixà d'estar en actiu en l'any 1961.

L'UNIVAC I (UNIVersal Automatic Computer I, Ordenador Automàtic Universal I), també deguda a J. Presper Eckert i John William Mauchly, fon el primer ordenador comercial i el primer dissenyat des del principi pel seu us en administració i negocis. El primer UNIVAC fon entregat a l'Oficina del Cens dels Estats Units en l'any 1951 i fon posat en servici aquell mateix any. Competia directament en les màquines de targeta perforada fetes principalment per IBM. Per a facilitar la compatibilitat d'abdós tipos de màquina es construí un equip de processament de targetes fora de llínea, el convertidor UNIVAC de targeta a cinta i el convertidor UNIVAC de cinta a targeta, per la transferència de senyes entre les targetes i les cintes magnètiques que amprava alternativament.

IBM anuncià en l'any 1953 la primera producció a gran escala d'un ordenador, l'IBM 650: 2000 unitats des de l'any 1954 fins a l'any 1962. Era un disseny orientat cap als usuaris de màquines contables anteriors, com les tabuladores electromecàniques (en targetes perforades) o el model IBM 604. Pesava al voltant de 900 kg, i la seua unitat d'alimentació uns 1350. Cada unitat estava en un armari separat, d'1,5 x 0,9 x 1,8 mitres. Costava 500.000 dólars, pero podia llogar-se per 3.500 al mes.

La tercera generació d'este tipo de màquines s'inicià en l'IBM 360, la primera en l'història en ser atacada en un virus informàtic. Comerciada a partir de 1964, fon la primera que utilisava el terme byte per referir-se a 8 bits (en quatre bytes creava una paraula de 32-bits). La seua arquitectura de computació fon la que a partir d'este model seguiren tots els ordenadors d'IBM. El sistema també feu popular la computació remota, en terminals conectats a un servidor, per mig d'una llínea telefònica. Fon un dels primers ordenadors comercials que utilisaven circuits integrats, i podia realisar tant anàlisis numèriques com administració o processament de fichers.

L'Intel 4004 (i4004, primer d'Intel), un CPU de 4bits, fon llançat en un paquet de 16 pins CERDIP en 1971, sent el primer microprocessador en un simple chip, aixina com el primer disponible comercialment. Donaria pas a la construcció dels ordenadors personals. El circuit 4004 fon construït en 2.300 transistors, i fon seguit l'any següent pel primer microprocessador de 8 bits, el 8008, que contenia 3.300 transistors, i el 4040, versió revisada del 4004. El CPU que començà la revolució del microcomputador, seria el 8080, utilisat en l'Altair 880. El microprocessador és un circuit integrat que conté tots els elements necessaris per conformar una "Unitat Central de Procés" (CPU, Central Process Unit). Actualment este tipo de component electrònic es compon de millons de transistors, integrats en una mateixa placa de silici.

Transistor, electrònica digital i superconductivitat

Artícul principal → Transistor.

Detall d'un circuit integrat

L'electrònica, que estudia els sistemes i el funcionament dels quals es basa en la conducció i el control del fluix microscòpic dels electrons o atres partícules carregades elèctricament, començà en el diodo de buit inventat per John Ambrose Fleming en l'any 1904, dispositiu basat en l'efecte Edison. En el temps les vàlvules de buit s'anaren perfeccionant i millorant, apareixent atres tipos i miniaturisant-se. El pas essencial el donà el físic estadounidenc Walter Houser Brattain (1902-1987), incorporat en 1929 als laboratoris Bell, a on fon partícip juntament en John Bardeen (1908-1991) -incorporat en 1945- i William Bradford Shockley de l'invent d'un chicotet dispositiu electrònic semiconductor que complia funcions d'amplificador, oscilador, commutador o rectificador: el transistor.

La paraula elegida per denominar-lo és la contracció anglesa de transfer resistor (resistència de transferència). Substitut de la vàlvula termoiònica de tres electrodos o triodo, el primer transistor de puntes de contacte funcionà en decembre de l'any 1947; s'anuncià per primera vegada en 1948 pero no s'acabà de fabricar fins a l'any 1952, despuix de conseguir construir un dispositiu en germani el 4 de juliol de 1951, culminant aixina el seu desenroll. El transistor d'unió bipolar aparegué un poquet més tart, en 1949, i és el dispositiu utilisat actualment per la majoria de les aplicacions electròniques. Les seues ventages respecte a les vàlvules són entre atres menor mida i fragilitat, major rendiment energètic, menors tensions d'alimentació i consum d'energia. El transistor no funciona en buit com les vàlvules, sino en un estat sòlit semiconductor (silici), motiu pel qual no necessiten centenars de volts de tensió per funcionar.

El transistor ha contribuït, com cap atra invenció, al gran desenroll actual de l'electrònica i l'informàtica, sent utilisat comercialment en tot tipo d'aparells electrònics, tant domèstics com industrials. La primera aplicació d'estos dispositius es féu en els audiòfons. Pel seu treball en els semiconductors i pel descobriment del transistor, Walter Houser Brattain compartí en Shockley i Bardeen en 1956 el Premi Nobel de Física.

La construcció de circuits electrònics permeté resoldre molts problemes pràctics (control, processament i distribució d'informació, conversió i distribució de l'energia elèctrica, etc.). En l'any 1958 es desenrollà el primer circuit integrat, que integrava sis transistors en un únic chip, i en l'any 1970 es desenrollà el primer microprocessador (Intel 4004).

Actualment, els camps de desenroll de l'electrònica són tan basts que s'ha dividit en diverses ciències especialisades, partint de la distinció entre electrònica analògica i electrònica digital; i en els camps de l'ingenieria electrònica, l'electromecànica, la informàtica (disseny de programari pel seu control), l'electrònica de control, les telecomunicacions i l'electrònica de potència.

En l'any 1951 Bardeen, un dels dissenyadors del transistor, ingressà en la Universitat d'Illinois, nomenant assistent personal el físic Nick Holonyak, el qual posteriorment dissenyaria el primer diodo LED en l'any 1962. Treballà juntament en Leon N. Cooper i John Robert Schrieffer per a crear la teoria estàndart de la superconductivitat, és dir, la desaparició de la resistència elèctrica en certs metals i aleacions a temperatures propenques al zero absolut. Per estos treballs compartí de nou, em 1972, el Premi Nobel de Física en els físics estadounidencs Leon N. Cooper i John R. Schrieffer. Això feu que ell fos el primer científic que guanyà dos premis Nobel en la mateixa disciplina. Les aplicacions de la superconductivitat estan encara en les primeres fases del seu desenroll, pero ya han permés els electroimants més poderosos (que s'utilisen en el tren Maglev, ressonància magnètica nuclear i acceleradors de partícules); circuits digitals i filtres de radiofreqüència i microones per estacions base de telefonia mòbil; o els magnetòmetres més sensibles (unions Josephson, dels SQUIDs -dispositius superconductors d'interferència quàntica-).

El repte de la generació d'electricitat

Centrals nuclears

Torres de refrigeració de la central nuclear de Cofrents (Espanya)

Artícul principal → Energia nuclear.

Una central nuclear és una instalació industrial amprada per a la generació d'energia elèctrica a partir d'energia nuclear, que es caracterisa per l'us de materials fissionables que per mig de reaccions nuclears proporcionen calor. Esta calor és amprada per un ciclo termodinàmic convencional per moure un alternador i produir energia elèctrica. Les centrals nuclears consten d'un o diversos reactors.

Se nomena energia nuclear a la que s'obté al aprofitar les reaccions nuclears espontànees o provocades per l'home. Estes reaccions es donen en alguns isòtops de certs elements químics, sent el més conegut d'este tipo d'energia la fissió nuclear de l'urani (²³⁵U), en la que funcionen els reactors nuclears. No obstant això, per a produir este tipo d'energia aprofitant reaccions nuclears poden ser utilisats molts atres isòtops de diversos elements químics, com el tori, el plutoni, l'estronci o el poloni. Els dos sistemes en els que es pot obtindre energia nuclear de forma massiva són la fissió nuclear i la fusió nuclear.

El 2 de decembre de l'any 1942, com a part del proyecte Manhattan dirigit per J. Robert Oppenheimer, es construí el Chicago Pile-1 (CP-1), primer reactor nuclear fet per l'home (existí un reactor natural en Oklo). El Departament de Defensa dels Estats Units propongué el disseny i construcció d'un reactor nuclear utilisable per la generació elèctrica i propulsió en els submarins a dos empreses diferents nort-americanes: General Electric i Westinghouse Electric. Estes empreses desenrollaren els reactors d'aigua llaugera tipo BWR i PWR respectivament. Els mateixos dissenys de reactors de fissió es traslladaren a dissenys comercials per la generació d'electricitat. Els únics canvis produïts en el disseny en el transcurs del temps foren un aument de les mesures de seguritat, una major eficiència termodinàmica, un aument de potència i l'us de les noves tecnologies que anaren apareixent.

El 20 de decembre de 1951 fon el primer dia que se conseguí generar electricitat en un reactor nuclear (en el reactor americà EBR-I, en una potència d'uns 100 kW), pero no fon fins a l'any 1954 quan es conectà a la xàrcia elèctrica una central nuclear (fon la central nuclear russa Obninsk, generant 5 MW en només un 17% de rendiment tèrmic). La primera central nuclear en un rendiment comercial fon la britànica de Calder Hall, a Sellafield, oberta en 1956 en una capacitat de 50 MW (ampliada posteriorment a 200 MW). El desenroll de l'energia nuclear arreu del món experimentà a partir d'aquell moment un gran creiximent, de forma molt particular en França i Japó, a on la crisis del petròleu de 1973 hi influí definitivament, perque la seua dependència del petròleu per la generació elèctrica era molt marcada. En l'any 1986 l'accident de Chernòbil, en un reactor RBMK de disseny rus que no complia els requisits de seguritat que s'exigien en l'occident, posa fi radicalment a aquell creiximent. A partir de llavors, en la caiguda del bloc de l'est des de 1989, el moviment antinuclear, que s'opon per un costat a l'arma nuclear i d'atra banda a la utilisació de l'energia nuclear, s'ha vist desplaçat de la vanguarda del moviment ecologista per atres qüestions, com el canvi climàtic.

En el més d'octubre de 2007 existien 439 centrals nuclears arreu del món que generaren 2,7 millons de MWh en 2006. La potència instalada en 2007 era de 370.721 MWe. Encara que només 30 països en el món tenen centrals nuclears, aproximadament el 15% de l'energia elèctrica generada en el món es produïx a partir d'energia nuclear, encara que el percentage està actualment en disminució. La majoria dels països en centrals nuclears han suspés noves construccions a causa dels problemes de disposició final dels combustibles nuclears, l'activitat dels quals (i riscs per la vida humana) perdura durant molts milers d'anys. Alguns científics, com el guardonat físic Freeman Dyson, sostenen que l'exageració dels beneficis de l'energia nuclear prové d'una combinació de factors econòmics i del sentit de culpa pels bombardejos atòmics sobre Hiroshima i Nagasaki.

Combustibles fòssils i fonts renovables

El primer us industrial de l'energia hidràulica per a la generació d'electricitat alimentava per mig d'una turbina setze llànties d'arc de la fàbrica Wolverine a Grand Rapids (Estats Units, 1880). La primera central hidroelèctrica entrà en funcionament aquell mateix any en Northumberland, Gran Bretanya, i la primera ciutat en tindre un suministrament elèctric fon Godalming, en Surrey (Anglaterra), aquell mateix any, en corrent alterna en un alternador Siemens i una dinamo conectada a una roda hidràulica, que funcionà només tres anys.

Dos anys més tart s'obrí la primera central hidràulica estadounidenca (riu Fox, Appleton, Wisconsin). El mateix any (1882), Edison obria la primera central elèctrica urbana comercial. No utilisava fonts renovables, sino la generació tèrmica a petròleu (en tres vegades major eficiència que els models anteriors, no comercials), en Pearl Street (Nova York), de 30 kW de potència a 220-110 V de corrent continua. En l'any 1895, el seu competidor, Westinghouse, obre la primera central de corrent alternaa en Niàgara. La desconfiança d'Edison cap a la corrent alternaa es mantingué fins a l'any 1892 i fins a finals del sigle XIX s'utilisava principalment corrent continu per a l'allumenació. El desenroll del generador elèctric i el perfeccionament de la turbina hidràulica respongueren a l'aument de la demanda d'electricitat del sigle XX, de manera que des de 1920 el porcentage de l'hidroelectricitat en la producció total d'electricitat era ya molt significatiu. Des de llavors la tecnologia de les principals instalacions no ha variat substancialment. Una central hidroelèctrica és aquella que s'utilisa per a la generació d'energia elèctrica per mig de l'aprofitament de l'energia potencial de l'aigua embassada en una presa situada a més alt nivell que la central. L'aigua es porta per una canonada de descàrrega a la sala de màquines de la central, a on per mig de enormes turbines hidràuliques es produïx la generació d'energia elèctrica en alternadors.

Les dos característiques principals d'una central hidroelèctrica, des del punt de vista de la seua capacitat de generació d'electricitat són:

1. La potència, que és funció del desnivell existent entre el nivell mig de l'embassament i el nivell mig de les aigües per baix de la central, i del cabal màxim turbinable, ademés de les característiques de la turbina i del generador.
2. L'energia garantisada en un lapsus de temps determinat, generalment un any, que està en funció del volum útil de l'embassament, de la pluviometria anual i de la potència instalada.

Esta forma d'obtindre energia elèctrica no està lliure de problemes ambientals en necessitar la construcció de grans embassaments en els quals acumular l'aigua, modificant el paisage i els anteriors usos, tant naturals com humans, de l'aigua i l'entorn afectat. Proyectes jigantescs (presa d'Assuan a Egipte, de Itaipú entre Brasil i Paraguai, o de les Tres Gorges en China) tenen repercussions de tota classe, i encara que la seua viabilitat a llarc termin és qüestionada. Les minicentrals hidràuliques solen ser millor considerades des d'este punt de vista, encara que la seua capacitat de generació és molt més llimitada.

Capacitat eòlica mundial total instalada i previsions 1997-2010.

Actualment es troba en desenroll l'explotació comercial de la conversió en electricitat del potencial energètic que té el onage del mar, en les nomenades centralus mareomotrius. Estes utilisen el flux i refluïx de les marees. En general poden ser útils en zones costeres a on l'amplitut de la marea siga àmplia, i les condicions morfològiques de la costa permeten la construcció d'una presa que talle l'entrada i eixida de la mar en una baïa. Es genera energia tant en el moment de l'ompliment com en el moment del buidat de la baïa.

Atres energies renovables, com l'energia solar; tenen una història molt anterior a la seua utilisació com generadors d'electricitat, i encara que en este camp sorgiren tecnologies ya en el sigle XIX: solar en Edmund Becquerel en 1839 i Augustin Mouchet en 1861; eòlica des de l'any 1881, encara que el desenroll de rotors verticals eficaços arribà en Klemin, Savoius i Darrieus, dissenyats en 1925, 1929 i 1931).

L'impuls actual de les energies renovables prové de les necessitats energètiques de la crisis del petròleu del 1973 i, més recentment, del fet que no emeten gasos causants d'efecte hivernàcul, al contrari que els combustibles fòssils (carbó, petròleu o gas natural). La producció d'electricitat solar i, sobretot, eòlica està en fort creiximent encara que no ha desenrollat tot el seu potencial.

Les tecnologies utilisades en les centrals termoelèctriques que utilisen combustibles fòssils s'han perfeccionat, tant per obtindre una major eficiència energètica (cicle combinat) per reduir-ne l'impacte contaminant (pluja àcida), cosa que inclou les emissions de gasos d'efecte hivernàcul (captura i almagasenage de carbono).

La pila de combustible lligada a les tecnologies de l'hidrogen és un dels últims dissenys proposts per a la substitució de les energies tradicionals.

Robòtica i màquines CNC

Artícul principal → Robot.

1952 Una de les innovacions més importants i transcendentals en la producció de tot tipo d'objectes en la segona mitat del sigle XX ha segut l'incorporació de robots, autòmats programables i màquines guiades per control numèric en ordenador (CNC) en les cadenes i màquines de producció, principalment en tasques relacionades en la manipulació, trasllat d'objectes, processos de mecanisació i soldadura. Estes innovacions tecnològiques han segut viables entre atre coses pel disseny i construcció de noves generacions de motors elèctrics de corrent continua controlats per mig de senyals electròniques d'entrada i eixida, i el gir que poden tindre en abdós sentits, aixina com la variació de la seua velocitat d'acort en les instruccions contingudes en el programa d'ordenador que els controla.

En estes màquines s'utilisen tres tipos de motors elèctrics: motors pas a pas, servomotors o motors encoder i motors llineals. El primer desenroll en l'àrea del control numèric en ordenador (CNC) el realisà l'inventor nort-americà John T. Parsons (Detroit 1913-2007) juntament en el seu empleat Frank L. Stulen, en la década de 1940, realisant la primera demostració pràctica d'aïna en moviment programat en l'any 1952.

La robòtica és una branca de la tecnologia (i que integra l'àlgebra, els autòmats programables, les màquines d'estats, la mecànica, l'electrònica i l'informàtica), que estudia el disseny i construcció de màquines capaços de complir tasques repetitives, tasques en les quals cal una alta precisió, tasques perilloses pel home o tasques no realisables sense intervenció d'una màquina. Estes màquines, els robots mantenen la conexió de retroalimentació inteligent entre el sentit i l'acció directa baix el control d'un ordenador prèviament programat en les tasques que ha de realisar. Les accions d'este tipo de robots són generalment dutes a terme per motors o actuadors que mouen extremitats o impulsen el robot. Cap a l'any 1942, Isaac Asimov dóna una versió humanisada a través de la seua coneguda série de relats, en els quals introduïx per primera vegada el terme robòtica en el sentit de disciplina científica encarregada de construir i programar robots. Ademés, est autor planteja que les accions que desenrolla un robot han de ser dirigides per una série de regles morals, nomenades les Tres lleis de la robòtica.

Els robots són utilisats hui en dia per a dur a terme tasques brutes, perilloses, difícils, repetitives o esmussades pels humans. Això usualment pren la forma d'un robot industrial utilisat en les llínies de producció. Atres aplicacions inclouen la neteja de residus tòxics, exploració espacial, mineria, cerca i rescat de persones i localisació de mines terrestres. La manufactura contínua sent el principal mercat a on els robots són utilisats. En particular, robots articulats (similars en capacitat de moviment a un braç humà) són els més utilisats comunment. Les aplicacions inclouen soldadura, pintat i càrrega de maquinària.

L'indústria automotriu ha aprofitat esta nova tecnologia a on els robots han segut programats per reemplaçar el treball dels humans en moltes tasques repetitives. Recentment, s'ha conseguit un gran avanç en els robots dedicat a la medicina que utilisa robots d'última generació en procediments de cirugia invasiva mínima. L'automatisació de laboratoris també és una àrea en creiximent. Els robots semblen estar abaratint-se, tot relacionat en la miniaturisació dels components electrònics que s'utilisen per controlar-los. També, molts robots són dissenyats en simuladors molt abans que siguen construïts i interaccionwn en ambients físics reals.

Làser

Artícul principal → Làser.

En l'any 1960 el físic nort-americà Charles Townes (1915 -) realisà en l'Universitat Colúmbia el descobriment que li proporcionaria el seu bot a la fama científica: fon descrit com Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation (màser). Tanmateix fon el físic nort-americà Gordon Gould (1920-2005) qui patentà els primers làsers per a usos industrials i militars, a pesar de que hi hagué molts llitigis perqué diversos científics estaven estudiant la possibilitat de tecnologies similars a partir de les teories desenrollades per Einstein sobre l'emissió estimulada de radiació. Fon aixina perqué Gould fon el científic que primer el fabricà i li posà el nom: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (amplificació de llum per emissió estimulada de radiació, LASER) Tanmateix, fon Charles Townes a qui li fon concedit el premi Nobel de Física en 1964.

Un làser és un dispositiu que utilisa un efecte de la mecànica quàntica, l'emissió induïda o estimulada, per generar un feix de llum coherent d'un mig adequat i en la mesura, la forma i la purea controlats. La mesura dels làsers varia àmpliament, des de diodos làser microscòpics en numeroses aplicacions, al làser de cristals dopats en neodimi en una mesura similar al d'un camp de fútbol, utilisat per la fusió de confinament inercial, la investigació sobre armament nuclear o atre experiments físics en els que es presenten altes densitats d'energia. Des de la seua invenció en l'any 1960 s'han tornat omnipresents i es poden trobar en milers de variades aplicacions en qualsevol sector de la societat actual, incloent-hi camps tan dispars com l'electrònica de consum i les tecnologies de la informació (sistemes de llectura digital dels discs durs, els CD i els DVD i del còdic de barres), fins a anàlisis científiques i métodos de diagnòstic en medicina, aixina com la mecanisació, soldadura o sistemes de tall en sectors industrials i militars.

Electrificació dels ferrocarrils

Artícul principal → Locomotora.

Tren de Gran Velocitat francés.

Una de les aplicacions més significatives de l'electricitat fon la quasi total electrificació dels ferrocarrils en els països més industrialisats. La primera fase d'este procés, més generalisada que la segona, fon la substitució de les locomotores que utilisaven carbó, per les locomotores nomenades dièsel que utilisen combustible obtengut del petròleu. Les locomotores dièsel-elèctriques consistixen bàsicament en dos components: un motor dièsel que mou un generador elèctric i diversos motors elèctrics (coneguts com a motors de tracció) que comuniquen a les rodes (parelles) la força de tracció que mou la locomotora. Generalment hi ha un motor de tracció per cada eix, sent generalment 4 o 6 en una locomotora típica. Els motors de tracció s'alimenten en corrent elèctrica i despuix, per mig d'engranages, mouen les rodes. En el cas de les locomotores dièsel no cal que les vies estiguen electrificades, i ya s'utilisen en casi totes les vies del món estiguen les vies electrificades o no.

El següent avanç tecnològic fon la posada en servici de locomotores elèctriques directes, les que utilisen com font d'energia l'energia elèctrica provinent d'una font externa, per aplicar-la directament a motors de tracció elèctrics. Les locomotores elèctriques requerixen la instalació de cables elèctrics d'alimentació a lo llarc de tot el recorregut, que se situen a una alçada sobre els trens per tal d'evitar accidents. Esta instalació es coneix com catenària. Les locomotores prenen l'electricitat per un tròlei, que la majoria de les vegades té forma de pantógraf i se'l coneix com a tal. El cost de la instalació d'alimentació fa que la tracció elèctrica a soles siga rendable en llínies de gran trànsit, o be en vies en gran part del recorregut en túnel baix montanyes o per baix del mar, en dificultats per la presa d'aire per la combustió dels atres tipos de motor.

En la década de 1980 s'integraren com a propulsors de vehículs elèctrics ferroviaris els motors asíncrons, i aparegueren els sistemes electrònics de regulació de potència que donaren l'impuls definitiu a l'elecció d'este tipo de tracció per les companyies ferroviàries. Les dificultats d'aplicar la tracció elèctrica en zones en climatologia extrema fan que en estos casos, se seguixca utilisant la tracció dièsel, perque la neu intensa i la seua filtració per ventiladors a les cambres d'alta tensió originen derivacions de circuits elèctrics que deixen inservibles estes locomotores mentres dure el temporal. Les baixes temperatures també afecten de diferent manera al cable de contacte de la catenària que pert la conductivitat durant intervals de temps. La fita dels trens elèctrics el constituïxen els nomenats trens d'alta velocitat en el desenroll següent:

1964 El Shinkansen o tren bala japonés fon el primer tren d'alta velocitat en utilisar un traçat propi, i s'inaugurà pels Jocs Olímpics de Tóquio 1964. 1979 Un tren de levitació magnètica s'instalà per primera vegada en Hamburc per l'Exhibició Internacional del Transport (IVA 79), desenrollant patents anteriors. Hi hagué proves posteriors de trens similars en Anglaterra i actualment operen comercialment llínies en Japó i China. Es combinen en el sistema de monocarril. 1981 El Tren de Gran velocitat (en francés: Train à Grande Vitesse), conegut com a TGV, és un tipo de tren elèctric d'alta velocitat desenrollat per l'empresa francesa Alstom per fer inicialment el recorregut entre París i Lió. El TGV és un dels trens més veloços del món, operant en alguns trams a velocitats de fins a 320 km/h tenint el récort de major velocitat mijana en un servici de passagers i el de major velocitat en condicions especials de prova. En l'any 1990 assolí la velocitat de 515,3 km/h, i en l'any 2007 superà el seu propi registre en arribar als 574,8 km/h en la llínea París-Estrasburg.

Electromedicina

Artícul principal → Electromedicina.

Image radiològica en 3D

Els rajos X foren descoberts en l'any 1895 pel físic alemà Wilhelm Röntgen, que descobrí que el bombardeig d'àtoms metàlics en electrons d'alta velocitat produïx l'emissió de radiacions de gran energia. Combinats en les tecnologies de la fotografia, els rajos X permeteren obtindre imàgens de parts interiors del cos humà abans inaccessibles sense cirugia. A partir d'aquell moment es convertiren en imprescindibles mijos de diagnòstic, formant part essencial del camp denominat electromedicina.

El seu us principal en diagnòstic mèdic, per ser les més fàcils de visualisar, fon l'observació de les estructures òssees. A partir de la generalisació d'esta pràctica es desenrollà la radiologia com especialitat mèdica que ampra la radiologia com mig de diagnòstic, que contínua sent l'us més estés dels rajos X. En desenrolls posteriors s'hi afegiren la tomografia axial computada (TAC, en 1967, per un equip dirigit pels ingeniers Godfrey Newbold Hounsfield i Allan M. Cormack, premis Nobel de medicina en 1979), la resonància magnètica (descoberta com principi en l'any 1938 i aplicada a la image de diagnòstic per Paul Lauterbur i Peter Mansfield, premis Nobel de l'any 2003) i l'angiografia (utilisada des de l'any 1927 pel portugués Egas Moniz, guanyador del premi Nobel en 1949, i desenrollada de forma més segura per la tècnica Seldinger des de l'any 1953); aixina com l'utilisació terapèutica de la radioteràpia.

Els ultrasonss foren utilisats per primera vegada en medicina per l'estadounidenc George Ludwig, a finals de la década de 1940, mentres que l'ecografia fon desenrollada en Suècia pels cardiòlecs Inge Edler i Carl Hellmuth Hertz (fill i nebot net dels famosos físics), i en el Regne Unit per Ian Donald i l'equip de ginecologia de l'hospital de Glasgow.

S'apliquen atres tecnologies electromèdiques en la cardiologia, tant en diagnòstic (electrocardiograma, utilisat des de l'any 1911, que li valgué el premi Nobel de 1924 a Augustus Waller) com en tractament (desfibrilador) i pròtesis: (els marcapassos i el cor artificial). També en àrees com els problemes d'audició (per mig dels audiòfons) o el diagnòstic i tractament de problemes neurològics i neurofisiològics.

S'han equipat les sales d'operacions i unitats de rehabilitació i cures intensives (UVI) o (UCI) en equips electrònics i informàtics d'alta tecnologia. S'han millorat els equipaments que realisen anàlisis clíniques i s'han desenrollat microscopis electrònics de gran resolució.

Telecomunicacions i Internet

Artícul principal → Telecomunicació.

Satèlit de comunicacions

1969 L'auge de les telecomunicacions comença quan se situen en l'espai exterior els primers satèlits de comunicacions, satèlits artificials situats en òrbita al voltant de la Terra que transmeten ones electromagnètiques; pero este punt culminant tingué la seua prehistòria: El terme telecomunicació fon definit oficialment per primera vegada en l'any 1932 durant una conferència internacional que tingué lloc en Madrit ("tota transmissió, emissió o recepció, de signes, senyals, escrits, imàgens, sons o informacions de qualsevol naturalea per fil, radioelectricitat, mijos òptics o atres sistemes electromagnètics").

La base matemàtica sobre la qual es desenrollen les telecomunicacions dependents de l'electricitat és molt anterior: fon desenrollada per Maxwell, que ya predigué que era possible propagar ones per l'espai lliure utilisant descàrregues elèctriques (prefaci de Treatise on Electricity and Magnetism, 1873), fet que corroborà Heinrich Hertz en el primer transmissor de ràdio generant radiofreqüències entre 31 MHz i 1.25 GHz (1887).

Aixina mateix, l'inici de l'era de la comunicació ràpida a distància ya havia començat en la primera mitat del sigle XIX en el telégraf elèctric, al qual s'afegiren més tart el teléfon i la revolució de la comunicació sense fil en les ones de ràdio. A principis del sigle XX aparegué el teletip que, utilisant el codi Baudot, permetia enviar i rebre text a una màquina d'escriure. En 1921 la wirephoto o telefotografia permeté transmetre imàgens per teléfon (ya s'havia fet telegràficament des de l'Exposició Universal de Londres de l'any 1851 i comercialment des de l'any 1863), i a partir de llavors es comercialisà el fax per AT&T. Esta mateixa companyia nort-americana desenrollà des de l'any 1958 diferents tipos d'aparells digitals precedents del mòdem per les comunicacions telefòniques, que més tart s'aplicaren a la transmissió de senyes entre ordenadors i atres dispositius. En la década de 1960 comença a ser utilisada la telecomunicació en el camp de l'informàtica en l'us de satèlits de comunicació i les rets de commutació de paquets.

Un satèlit actua bàsicament com un repetidor situat en l'espai: rep les senyals enviades des de l'estació terrestre i les remet a un atre satèlit o de tornada als receptors terrestres. Els satèlits són posats en òrbita per mig de coets espacials que els situen circumdant la Terra a distàncies relativament propenques fora de l'atmòsfera. Les antenes utilisades preferentment en les comunicacions via satèlit són les antenes parabòliques, cada vegada més freqüents en les terraces i teulades de les ciutats. Tenen forma de paràbola i la particularitat que les senyals que incidixen sobre la seua superfície es reflectixen i incidixen sobre el foco de la paràbola, a on es troba l'element receptor.

En la posada en marcha dels satèlits de comunicacions ha segut possible dispondre de molts canals de televisió, l'impressionant desenrollament de la telefonia mòvil i d'Internet. Internet és un método d'interconexió descentralisada de xàrcies d'ordenadors implementat en un conjunt de protocols denominat TCP/IP i garantix que xàrcies físiques heterogénees funcionen com una ret llògica única, d'abast mundial. Els seus orígens es remonten a l'any 1969, quan s'establí la primera conexió d'ordenadors, coneguda com a ARPANET, entre tres universitats en Califòrnia i una en Utah (Estats Units).

El sigle XXI està vivint els començaments de la interconexió total a la que convergixen les telecomunicacions, a través de tot tipo de dispositius cada vegada més ràpits, més compactes, més poderosos i multifuncionals. Ya no és necessari establir enllaços físics entre dos punts per transmetre la informació d'un punt a un atre. A causa de la gran velocitat de propagació de les ones electromagnètiques, els mensages enviats des de qualsevol punt de la superfície terrestre o de la seua atmòsfera es reben simultàneament a qualsevol atre.

Vore també

• Charles Proteus Steinmetz
• Peter Peregrinus de Maricourt