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May 18, 2023

La inmortalidad electrostática de James Wimshurst

El ingeniero británico James Wimshurst no inventó la máquina que lleva su

El ingeniero británico James Wimshurst no inventó la máquina que lleva su nombre. Pero gracias a sus muchos refinamientos a un tipo distintivo de generador electrostático, ahora tenemos la máquina de influencia de Wimshurst.

Las máquinas de influencia se remontan al siglo XVIII. Son una clase de generador que convierte el trabajo mecánico en energía electrostática a través de la inducción. A mediados del siglo XIX, los físicos alemanes Wilhelm Holtz y August Toepler habían desarrollado cada uno un modelo que presentaba discos de vidrio verticales giratorios. Fue este estilo de generador con el que Wimshurst comenzó a jugar en el taller de su casa a principios de la década de 1880. En 1883 había solidificado su diseño.

La máquina de Wimshurst, tal como existe hoy, tiene dos discos aislados, a menudo hechos de plástico, pero a veces también de vidrio, con placas conductoras de metal colocadas alrededor de los bordes. Los discos están montados en un solo eje y giran en direcciones opuestas cuando son accionados por una manivela.

A medida que los discos giran, una pequeña carga inicial, ya sea positiva o negativa, en una placa de metal se moverá hacia un cepillo de dos extremos en el segundo disco. Cuando la placa se alinee con el cepillo, inducirá una carga igual y opuesta en la placa que está directamente frente a ella en el otro disco. La carga resultante, a su vez, provoca una carga opuesta en una placa del primer disco. Mientras tanto, las placas del segundo disco inducen cargas en el primer disco. Los peines colectores de metal separan las cargas en positivas y negativas y las conducen a dos condensadores tipo jarra de Leyden. La acumulación finalmente se descarga con una chispa que salta el espacio entre dos terminales y el proceso comienza de nuevo. Una máquina Wimshurst de mesa podría producir hasta 50 000 o 60 000 voltios, como lo demuestra este video:

Animate It - Wimshurst Machinewww.youtube.com

El diseño simple era fácil de reproducir y operar, por lo que las máquinas de Wimshurst se abrieron paso en laboratorios, escuelas e incluso en los hogares de los victorianos acomodados. Debido al alto voltaje que podían producir, las máquinas se utilizaron para excitar los tubos de Crookes y generar rayos X para imágenes médicas a principios del siglo XX.

Cuando Wimshurst murió repentinamente en su casa el 3 de enero de 1903 a la edad de 71 años, los editores de Nature lo consideraron digno de un obituario. Veintinueve años después, en el centenario de su nacimiento, Nature volvió a publicar una nota llamándolo "entre los más conocidos inventores de máquinas eléctricas de la última parte del siglo XIX". Y, sin embargo, que yo sepa, no hay una biografía completa y dedicada del hombre. De hecho, la mayoría de las búsquedas en línea arrojan el mismo conjunto de detalles señalados en los informes originales de Nature: era hijo del constructor naval Henry Wimshurst (el constructor pionero del barco propulsado por tornillos Arquímedes); aprendiz en Thames Iron Works; inspector de barcos para Lloyd's Register; de 1865 a 1874, jefe del Registro de Aseguradores de Liverpool; y finalmente durante los últimos 25 años de su vida laboral, hasta alcanzar la edad de jubilación obligatoria de 67 años, agrimensor principal de la Junta de Comercio.

James Wimshurst desarrolló sus máquinas homónimas en su tiempo libre. De día, era topógrafo de carpintero naval para la Junta de Comercio Británica. Antônio Carlos M. de Queiroz/Wikipedia

Las actividades eléctricas de Wimshurst eran completamente un pasatiempo, algo que hacía en su tiempo libre en su casa de Clapham, en el suroeste de Londres. Con la ayuda de sus dos hijos, creó un laboratorio y un taller donde jugueteó con máquinas de influencia hasta que perfeccionó su diseño. Wimshurst fabricó más de 90 de sus máquinas homónimas. La mayoría cabe fácilmente sobre una mesa, como esta conservada en el Museo de Ciencias de Londres, que mide 56 por 67 por 30,5 centímetros. Pero también creó una máquina excepcionalmente grande de 2,1 metros de altura y que se exhibe en el Museo de Ciencia e Industria de Chicago. (La máquina que se muestra en la parte superior se encuentra en el Museo de Historia Natural de Yale Peabody, en New Haven, Conn. Fue fabricada en Alemania y vendida en los Estados Unidos por James W. Queen & Co.)

Wimshurst nunca patentó ninguno de sus refinamientos de la máquina, pero estaba ansioso por correr la voz sobre sus inventos. En 1886 publicó un libro, Electricidad estática. La "máquina de influencia": cómo hacerla y cómo usarla. Y el 27 de abril de 1888 pronunció una conferencia sobre las máquinas en la Royal Institution. Reconocido por sus logros científicos, en 1898 fue elegido miembro de la Royal Society. También fue miembro de la Institución de Ingenieros Eléctricos y de la Sociedad Rӧntgen, y miembro de la junta directiva de la Institución Real.

Pero la parte de la historia de Wimshurst que encuentro más interesante está en el último párrafo del obituario de Nature: "Todas las investigaciones científicas del Sr. Wimshurst se realizaron por puro amor al trabajo, y se negó persistentemente a aceptar cualquier beneficio pecuniario". Quizás por eso los historiadores aún no han escrito su biografía: no saben cómo tratar a un inventor verdaderamente altruista.

Las máquinas Wimshurst están disponibles para su compra hoy. Todavía se usan en escuelas y museos de ciencias para demostrar los conceptos básicos de la electricidad. También puede construir su propio dispositivo con elementos de una ferretería.

En el volumen 17 de la revista Make (2009), el entusiasta del steampunk conocido como Jake von Slatt describió cómo construir una máquina Wimshurst. (Von Slatt también apareció en el artículo de octubre de 2008 de IEEE Spectrum "The Steampunk Contraptors".) Sus instrucciones actualizadas están disponibles en línea en una serie de cinco partes.

Si decide hacer su propia máquina Wimshurst, le sugiero que la lleve al siguiente paso lógico de planificar una cena con trucos de salón victorianos. En lugar de estallar Monopoly, Trivial Pursuit o Parchís una vez más, ¿por qué no divertirse como los victorianos, que aparentemente estaban locos por la electricidad?

Para ser claros, los victorianos simplemente continuaban una tendencia que se remontaba a más de un siglo; A Ben Franklin también le gustaba entretener a sus invitados con juegos basados ​​en electricidad. Gracias a la simplicidad de la máquina de Wimshurst, los asistentes a la fiesta en la década de 1890 tenían una fuente confiable de electricidad generada fácilmente.

Un juego popular se llamaba el beso eléctrico: encienda su máquina Wimshurst, haga que una pareja cortejando cada uno tome uno de los condensadores y pídales que se inclinen para una sorpresa. Es un poco más impactante que girar la botella. Aunque ninguna de la literatura que revisé mostró preocupación por la electrocutación accidental de la pareja que se besa, el sitio web del departamento de física de la Universidad de Indiana incluye una advertencia sobre la demostración de su máquina de Wimshurst: "Puede producir descargas letales cuando se conecta a demasiadas botellas de Leyden".

Parte de una serie continua que analiza artefactos históricos que abarcan el potencial ilimitado de la tecnología.

Una versión abreviada de este artículo aparece en la edición impresa de junio de 2023 como "La inmortalidad electrostática de Wimshurst".