Los enigmas de Prescott (II)

(Viene de la parte I)

Comencé mis indagaciones inmediatamente después de mi regreso de Inglaterra. Localicé una fotografía fechada en el año 1905 donde el escultor, John Cassidy, preparaba el modelo preliminar del busto en arcilla, pero al principio ninguna pista me ayudaba a resolver mis tres enigmas. Decidí profundizar en los experimentos que James Joule realizó esperando arrojar luz sobre la tela bordada, el grabado del busto y el extraño número.

Descubrí que sus primeras experiencias con la electricidad tenían más de chiquilladas que de pruebas serias. James y su hermano Benjamin se divertían aplicándose pequeñas descargas el uno al otro con viejas baterías de cinc que recuperaban. No tardaron en reclutar como “sujetos experimentales” a los sirvientes de la casa que huían despavoridos tras la primera sesión de calambrazos. Cuando llegó a dirigir la fábrica de cerveza de su padre, se planteó la posibilidad de sustituir la máquina de vapor de la fábrica por un motor eléctrico, recientemente inventado, y a partir de aquí llegaron los experimentos formales. Se propuso estudiar un fenómeno ya conocido en la época, el calor que genera un cable conductor cuando circula por él una corriente eléctrica, para lo cual sumergió un cable en un baño de agua y midió el calentamiento de esta. Si bien el calentamiento del agua sería fácil de medir con un termómetro, me pregunté cómo se las ingenió en la época para medir la cantidad de corriente que pasaría por el cable. El dispositivo que utilizó se llama galvanómetro de tangentes.

Galvanómetro de tangentes. El aro, que contiene una bobina de cable eléctrico, debe orientarse en dirección norte-sur como la aguja de la brújula. Al pasar una corriente por la bobina, la aguja de la brújula se desvía en un ángulo proporcional a la intensidad de la corriente.

Como Hans Oersted determinó, la electricidad que circula por un cable genera un campo magnético capaz de desviar la aguja de una brújula, de modo que el galvanómetro permite deducir la intensidad de la corriente según el ángulo de desviación de la brújula respecto de la dirección norte-sur. La fortuna quiso que el galvanómetro empleado por Joule se conserve aún en el Hunterian Museum de Glasgow.

Galvanómetro empleado por Joule en sus experimentos. Hunterian Museum. Glasgow.

Sobre la base horizontal del galvanómetro descansaría la brújula mientras que por el anillo vertical una bobina de cable haría circular la corriente que desviaría la aguja de su natural orientación. Un dispositivo sencillo e ingenioso que a medida que observaba me resultaba familiar. Si fuese lo que me estoy imaginando... Inmediatamente me lancé a buscar entre las fotografías que tomé en Sale y no me lo podía creer. ¡Que me aspen si no es el artilugio grabado en el busto! La corona, el hueco interior, la base para la brújula, todo coincidía a la perfección. John Cassidy dejó constancia en su escultura del galvanómetro con el que Joule calculó el efecto que lleva su nombre. El hallazgo me entusiasmó como si hubiese descifrado un anagrama del Priorato de Sion o un símbolo templario.

Esta revelación me dio ánimos para desentrañar los otros dos enigmas, así que orienté mis esfuerzos hacia el descubrimiento estrella de Joule: el equivalente mecánico del calor. Sabía que uno de los secretos de este descubrimiento era que tenía al alcance termómetros de precisión —que alcanzaban hasta la veinteava parte de grado Fahrenheit— con los que controlaba la fermentación del mosto de cerveza. Por lo demás, la idea del experimento es muy sencilla: generar calor sirviéndose de la fricción mientras se realiza una cantidad de trabajo conocida.

Se trata de un experimento tan célebre que existen numerosas imágenes y grabados que lo representan, todas ellas con los mismos elementos básicos. Un calorímetro —recipiente con paredes aislantes de madera que construyó el propio Joule— dentro del cual una rueda de paletas bate un líquido. Para determinar el trabajo realizado por la rueda de paletas, enrolló un hilo alrededor de su eje para hacerla girar tirando del hilo como si se tratara de una peonza. El encargado de tirar del hilo sería un peso que, con la ayuda de una polea, descendería una altura determinada.

Esquema simplificado del experimento de Joule.

El diablo está en los detalles. Aunque el esquema de la imagen contiene los elementos que formaron parte del experimento y su disposición, no es exactamente como el físico británico lo concibió. Es una versión simplificada. Al documentarme para localizar grabados más antiguos, me percaté de que Joule había montado el experimento original con un doble juego de poleas y pesos. Esta disposición le permitía mayor versatilidad para rellenar el calorímetro con diferentes fluidos, que iban desde el agua hasta el mercurio pasando por el aceite de ballena.

En cada serie de experimentos, Joule repetía la prueba entre dieciséis y veinte veces dejando caer los pesos de 29 libras (unos 13 kg) desde una altura de 5 pies (152 cm). El batir de las palas incrementaba la temperatura del fluido apenas unas décimas de grado en cada caída, de manera que al final de la serie se habría calentado sensiblemente. En 1848, Joule obtuvo la que consideró su medición más precisa. Encontró que la energía necesaria para calentar una libra de agua en un grado Fahrenheit era equivalente a una cantidad de trabajo que Joule determinó en libras-pie: 772,55.

¡Ahí estaba! El enigmático número grabado en su lápida; la mágica cifra que determina que la energía necesaria para incrementar un grado centígrado la temperatura de un litro de agua equivale al trabajo de elevar un peso de 61 kg a 7 metros de altura. Antes que Einstein, que relacionó masa y energía con su elegante E=mc², Joule estableció la relación entre el calor —el misterioso e intangible “fluido” que se desliza de los cuerpos calientes a los fríos— y el trabajo de las máquinas. y, por ende, con la energía.

En la escena final de El código Da Vinci, Robert Langdon se dirige hacia la Pirámide Invertida del Louvre y, seguro de su hallazgo, se postra ante ella. Finalmente, yo también había encontrado mi Santo Grial. El doble juego de poleas y pesos, el husillo donde se enrollan los hilos y el calorímetro. Todos los detalles estaban delante de mis ojos en aquel dibujo bordado en tela. Regresar a aquella iglesia de Sale y arrodillarme durante unos minutos en ese banco será la manera más simbólica de cerrar esta memorable historia.

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Esta entrada participa en el blog de narrativa científica Café Hypatia con el tema #PVenergía.