A  S  T  R  O  B  I  O  G  R  A  F  I  A  S 


 

  

Retrato y firma de Henry Cavendish (Portada del libro de George Wilson The Life of the Hon. Henry Cavendish, de 1825)
-No existe ningún otro retrato tomado en vida de Henry Cavendish

 

Henry Cavendish
(10 de octubre del año 1731, Niza, Francia - 24 de febrero de 1810, Londres, Reino Unido)

 

 


                                                                                                                                                                             


Por: Sebastián Matheus

Asociación Larense de Astronomía, ALDA.




         Henry Cavendish, nació el 10 de octubre del año 1731 en el antiguo reino de Cerdeña, en la ciudad de Niza, actual sur de Francia; en el seno de una familia aristocrática europea de más de 8 siglos de historia, hasta la época Normanda, con fuertes lazos con otras familias de la misma naturaleza en la Gran Bretaña. Su madre fue Lady Anne de Grey, cuarta hija de Henry Grey, primer duque de Kent, y su padre Lord Charles Cavendish, tercer hijo de William Cavendish, segundo duque de Devonshire.

 

        El comienzo de su vida estuvo en el seno de la recién mencionada familia, agraciada por las cualidades que en una familia de tal naturaleza residían, una familia de fervorosos políticos y, por parte de su padre, también muy destacado científico que más tarde heredaría a su hijo dicha pasión.

 

        A pesar de las comodidades, su madre falleció en 1733, cuando tenía apenas los 2 años de edad, poco después del nacimiento de su hermano, Frederick y quedando estos al cuidado de su padre. Dejándolos en un entorno fuertemente influenciado no solamente por la política, debido a que su padre era parte de la cámara de los comunes del Reino Unido; sino por las ciencias, ya que este fue elegido miembro de la Royal Society (sociedad científica más antigua del Reino Unido y una de las academias de ciencia más prestigiosas y antiguas del mundo) en 1727, volviéndose un ávido investigador de cuestiones meteorológicas y eléctricas que durante su vida le dejarían galardones y cargos en dicha institución, permitiendo que sus hijos mantuvieran contacto de manera indirecta con las mejores condiciones y las más altas esferas científicas europeas y mundiales.

 

 

Hackney Academy, Inglaterra (1784).

 

        Henry y su hermano recibieron la educación en casa, a través de tutores privados, hasta los 11 años de edad. Para comenzar sus estudios formales, existían diferentes opciones dependiendo de lo que el padre quisiese explotar en sus hijos, la escuela seleccionada por Charles Cavendish fue una de las llamadas “academias”, la Hackney Academy. Fundada alrededor de 1685, también era la academia más antigua y la más elegante de la Inglaterra del siglo XVIII. Era la más grande de las academias, con una matrícula de alrededor de cien alumnos, que en su mayoría formaban parte de los hijos de la aristocracia. Cavendish entró 4 años más tarde de lo que normalmente se comenzaba en dicha institución, iniciando con el curso avanzado e instruyéndose en las materias modernas y clásicas que le serian de ayuda en su vida: ciencias naturales, matemáticas, estudios de latín y francés.

 

        En 1749, Henry, que acababa de cumplir sus 18 años, se matriculó en St. Peter's College (Peterhouse) de la Universidad de Cambridge; en un entorno enriquecedor pero muy diferente al de su antigua institución; ahora simples trabajadores y nobles coincidían, y aunque su familia tenía enlaces directos con autoridades institucionales, el lujo no era el objetivo de la academia. Permaneció estudiando matemáticas y filosofía natural hasta 1753. Sin embargo, abandonó sus estudios debido a la presunta negativa de participar en los oficios religiosos que se desarrollaban en la universidad, algo que era obligatorio. Así, al terminar sus años de estudio en 1753, no consintieron en darle el título.

 

 

Peterhouse, Cambridge. De David Logan, Cantabrigia Illustrata (Cambridge, 1688).


        Tras abandonar la universidad comienza la verdadera etapa de florecimiento y transformación de su vida. Ya habiendo obtenido los conocimientos suficientes para ese momento en la universidad decide mudarse con su padre a una de sus propiedades en Londres, y desarrolla progresivamente su peculiar personalidad: La de una persona que evitaba el contacto con la sociedad, el contacto con otras personas, las mujeres, el apego al dinero, la ostentación aristocrática, la fama, la moda y cualquier otra cualidad o fin que no estuviese relacionado con sus objetivos personales; Dejando memorables episodios tales como las huidas que se presentaban cuando un desconocido se le acercaba, inclusive en la Royal Society, o la utilización de la misma prenda hasta su desgaste, para adquirir exactamente la misma debido a la inutilización de la anterior.

 

        Existen 2 citas extraídas del libro “Honorable Henry Cavendish” (1851), escrito por el químico George Wilson que describen de manera adecuada las particularidades que este personaje desprende y como era su relación con el mundo:


“Solo me queda ofrecer brevemente mi propia valoración del carácter del Filósofo. Moralmente era un vacío, y solo puede describirse mediante una serie de negaciones. No amaba; no odiaba; no tenía esperanza; no temía; no adoraba como los demás. Se apartaba de sus semejantes y, aparentemente, de Dios. No había en su naturaleza nada sincero, entusiasta, heroico ni caballeresco, ni mucho menos mezquino, servil o innoble. Era casi impasible.”

 

“Su cerebro parece haber sido solo una máquina de calcular; sus ojos, rendijas de visión, no fuentes de lágrimas; sus manos, instrumentos de manipulación que nunca temblaron de emoción, ni se juntaron en adoración, agradecimiento o desesperación; su corazón, solo un órgano anatómico, necesario para la circulación de la sangre.”

 

        A pesar del presunto descontento de su familia debido a su decisión de dedicarse a las ciencias, y no a la política como muchos otros miembros consanguíneos, su padre patrocinó su elección a la Royal Society en 1760, quien como ya se había mencionado anteriormente era parte. Y de aquí en adelante vivió a través de una mesada otorgada por su padre que le permitía vivir de manera medianamente austera, obligándolo a ser cuidadoso con el dinero, pero permitiéndole asistir a eventos sociales y mantener sus investigaciones constantes.

 

        Hasta que cumplió los cuarenta años, vivía de una pequeña renta que le pasaba su padre. Esto cambió cuando, en 1773, heredó la gran suma de su tío, lord George Cavendish, de más de 1 millón de libras. 10 años después, en 1783 muere su padre, y pasa a sus manos, de nuevo, a través de la herencia, una de las mayores fortunas totales de toda Europa y Reino Unido, es por ello que un colega científico, el francés Baptiste Biot, afirmó que Cavendish era “el más rico de todos los sabios, y muy posiblemente, el más sabio de todos los ricos”. A la hora de su muerte este era el mayor depositante del banco de Inglaterra, pero fiel a su personalidad, nunca dejo la austeridad como parte de su ser y estaba tan entregado al servicio de la ciencia que al final de su vida todo lo que no desprendiera de esta era relegado como secundario.

 

        Alrededor de la época de la muerte de su padre, Cavendish comenzó a trabajar estrechamente con el científico Charles Blagden, una asociación que permitió a Blagden a integrarse plenamente en la sociedad científica londinense. A cambio, Blagden ayudo a mantener a Cavendish alejado de la sociedad. Cavendish no realizaba muchas publicaciones, pero mantuvo logros relevantes.


        La primera publicación científica de Henry Cavendish se desarrolló en tres partes en el Philosophical Transactions en 1766 (y le valió la medalla Copley de la Royal Society), fue una contribución sustancial al conocimiento químico. Trató sobre lo que Cavendish llamó aires facticios: sustancias gaseosas liberadas de los sólidos por el calor o los ácidos.

 

        Para el desarrollo de esta investigación José Priestley era el colega más importante de Cavendish. Hijo de un acabador de telas de Yorkshire, Priestley estudió para el ministerio; en 1767 obtuvo un ministerio en Leeds, donde comenzó su investigación seria sobre los aires.

 

        Cavendish examinó los aires en cuanto a solubilidad, combustibilidad, respirabilidad, densidad y reacciones con otros aires; y publicó con regularidad y frecuencia. En sus métodos de experimentación, Priestley y Cavendish se complementaban. Priestley experimentó con variados y números “aires”, muchos de ellos nuevos, y realizó mediciones con moderación, mientras que Cavendish experimentó con unos pocos aires conocidos y realizó mediciones abundantes.

 

        Para esa época, muchos estudiosos aun conservaban la idea del aire atmosférico como un elemento unitario, una sustancia entonces poco comprendida. Químicos como Stephen Hales y Joseph Black habían recolectado y estudiado previamente otros 'aires', pero su naturaleza química no se comprendía bien. Cavendish, sin embargo, desarrolló nuevas e ingeniosas formas de capturar y almacenar los gases liberados durante las reacciones químicas, lo que le permitió medir con precisión sus volúmenes y pesos.

 

         La primera parte del artículo de Cavendish de 1766 consistía en el estudio sobre el aire inflamable (hidrógeno), que se liberaba al disolver metales en ácidos. Otros estudiosos, incluido Robert Boyle, habían recolectado y quemado el gas, pero Cavendish fue el primero en estudiarlo de manera cuantitativa, estimando que era 11 veces menos denso que el aire común. Demostró que pesos fijos de zinc, hierro o estaño liberaban al medio la misma cantidad del gas, independientemente de si se disolvían en espíritu de sal (ácido clorhídrico) o aceite de vitriolo diluido (ácido sulfúrico). El detallado trabajo ayudó a los científicos a comprender la existencia y propiedades del hidrógeno, el dióxido de carbono y el nitrógeno, demostrando que el rocío formado cuando se hacía explotar hidrógeno con oxígeno era agua. Así, Cavendish llegó a lógica pero errónea idea de que el aire inflamable era un componente del zinc, el hierro y el estaño y que los ácidos lo liberaban. Parece haber sospechado que el 'aire' podría ser en realidad flogisto puro, la materia ardiente que los primeros químicos modernos como Ernst Stahl (1660-1734) creían que existía en todas las sustancias combustibles. Sin embargo, también consideró la posibilidad de que fuera una sustancia más compleja en la que el flogisto jugara algún papel.

  

         La segunda parte del artículo de Cavendish trataba sobre el denominado aire fijo (dióxido de carbono). Se sabía que al calentar tiza o piedra caliza para producir cal viva (necesaria para hacer mortero y cemento) se liberaba un 'aire' que podía ser mortal. El químico Joseph Black lo estudió en la década de 1750 mientras investigaba las propiedades medicinales de la magnesia alba (carbonato básico de magnesio). Este autor logró demostrar que este aire fijo producido al calentar la piedra caliza era idéntico al “aire” liberado cuando los ácidos minerales reaccionaban con la tiza y otras sustancias calcáreas, y al “aire” generado durante la fermentación alcohólica. Cavendish repitió los experimentos de Black con una mayor precisión, recolectando el aire fijo sobre mercurio ya que era soluble en agua. Calculó entonces su densidad en 1,57 veces la del aire común (cerca de la cifra correcta de 1,65) y midió con precisión moderada la cantidad de gas producida por la acción de ácidos sobre carbonatos y bicarbonatos minerales. De los estudios anteriores descubrió que 1000 unidades de mármol (carbonato de calcio) contenían 407 o 408 unidades en peso de dióxido de carbono, muy cercano a la cifra real que es de 440.

 

         La tercera parte del enorme trabajo del autor trato los “aires” liberados por la fermentación y por la descomposición de materia animal y vegetal. Un químico y cirujano escocés-irlandés llamado David MacBride había identificado dióxido de carbono en los vapores emitidos por la materia orgánica en putrefacción. Pero fue Cavendish quien demostró que también contenían otro aire de diferente naturaleza, inflamable, que era diferente al producido al agregar ácidos a los metales. Este aire inflamable más pesado parecía consistir principalmente en gas de los pantanos (metano).

 

        De la investigación recién mencionada y de su análisis Joseph Priestley, químico, filósofo y teólogo ingles estudió el campo de la química neumática, más a fondo, y a través del trabajo propio y el consejo de Cavendish logró desarrollar un dispositivo conocido como el Eudiómetro.

 

        “Difícilmente conozco algún experimento más adecuado para asombrar y sorprender que este”, menciono Priestley en su artículo de 1772, escribió: “que exhibe una cantidad de aire que, por así decirlo, devora una cantidad de otro tipo de aire de la mitad de su tamaño, y, sin embargo, lejos de aumentar su volumen, se ve disminuida por él”. Fue el experimento con aire nitroso y aire común: al mezclarlos, el aire nitroso se combinó con parte del aire común, produciendo humos marrones que se disolvieron en agua. Descubrió que la reducción del aire común era proporcional a la aptitud, o “calidad”, del aire común para la respiración. Esta nueva forma de “flogistizar” el aire le sugirió una prueba para determinar su calidad: mezcló cantidades conocidas de aire nitroso y el aire a analizar sobre agua y luego introdujo el aire residual en un tubo graduado, al que denominó “eudiómetro”. La prueba del óxido nitroso pronto fue adoptada por los químicos, quienes la consideraron a la vez una herramienta científica y una posible ayuda para la salud pública.

 

        Este instrumento permitía medir la proporción de oxígeno en el aire, o la porción respirable de este mismo. Pero, además de ello permitía la investigación de los diferentes gases y sus relaciones entre ellos y el medio. Cavendish, fiel a el estudio de la materia recibió beneplácito este nuevo aparato y comenzó con una serie de investigaciones: los artículos científicos desarrollados por este son un gran fajo de hojas pequeñas, cuidadosamente indexadas, de más de 400 en total, etiquetadas como “Experimentos sobre el aire”, se indica que Cavendish comenzó sus nuevos experimentos sobre el aire en 1778 y los terminó efectivamente en 1786, aunque el último grupo de hojas lleva la marca de agua de 1800.

 

        El principal problema de los eudiómetros era que generaban resultados irregulares, y las mediciones de estos variaban de manera exagerada entre las investigaciones de los muy variados autores. Cavallo, H. de Saussure, Marsillio Landriani, Jan Ingen-Housz, Fontana (físicos, químicos, investigadores y científicos europeos de ramas variadas como la geología o la taxonomía) realizaron variadas investigaciones donde diferían de maneras extremas entre las supuestas composiciones de aire que existían en las diferentes zonas donde realizaban las correspondientes mediciones, desde el mar hasta la montaña existían discrepancias notorias que generaban discordia entre los autores.

 

        En 1783, publicó "An Account of a new Eudiometer", rediseñando la aparatología para garantizar una mezcla uniforme de los gases y estandarizar los volúmenes de agua de absorción, realizando entonces investigaciones variadas para determinar diferentes puntos: Cavendish midió el aire tomado en Londres y en Kensington en condiciones variables, en días claros, húmedos y lluviosos, y temprano en el día y tarde en el día. A lo largo de sesenta días, durante los cuales realizó no menos de 500 ensayos, concluyendo que, dentro del margen de error de la medición, no había diferencia en el grado de flogisticación del aire de un lugar a otro y de un momento a otro. Veinticuatro años después, un autor de las Philosophical Transactions escribió que el “análisis magistral” de Cavendish sobre el aire en Londres y Kensington tenía una “precisión” que se había percibido “con mayor claridad a medida que avanzaba la ciencia de la química”. Debido a los resultados de las mediciones y la calidad del artilugio, este mismo fue abalado por diferentes autores, y de resultados tan precisos se generaron mediciones que aun hoy son muy parecidas a valores reales; un ejemplo de esto es la medición realizada la concentración de oxígeno en la atmósfera, que al calculo arrojo un valor del 20,83 %, lo cual se acerca notablemente al valor actualmente aceptado del 20,95 %. Al hacer esta comparación, cabe señalar que a Cavendish se le atribuye una precisión algo mayor de la que él mismo habría afirmado.

 

 

Eudiómetro metálico perteneciente a Cavendish: fue donado por Humphry Davy a la Royal Institution. El instrumento mide aproximadamente 15 cm de largo y 5 cm de ancho. La llave de paso superior servía para llenar y vaciar el cilindro, mientras que la inferior permitía extraer el agua resultante de las explosiones de aire en su interior.


        Después del desarrollo de las investigaciones sobre el aire y sus particulares el autor decidió seguir investigando planteándose una interrogante que a posterior demostraría ser una de las anticipaciones más extraordinarias en la historia de la ciencia: Si la atmósfera estaba formada en casi un 80% por "aire flogisticado" (nitrógeno), ¿era todo este gas de una misma y única naturaleza, o existían impurezas ocultas en aquel medio? ¿Cuál era el funcionamiento del medio atmosférico? En 1785, expuso su respuesta en el célebre artículo "Experiments on Air".

 

        Para esa época la teoría mantenida por los químicos catedráticos era la del “flogisto”, una sustancia hipotética que se creía que los materiales liberaban al arder. Cavendish, por su parte, mantenía una hipótesis sencilla: Al hacer pasar una chispa eléctrica por el aire, esta quemaba impurezas y generaba "aire fijo", y para poder comprobarla decidió realizar una serie de experimentos que no solo le darían cuantiosos resultados, sino que dejarían para la posteridad uno de los mayores descubrimientos que hasta 100 años después tomarían valor real en la ciencia.

 

        Para desarrollar su investigación se diseñó un aparato y mecanismo altamente especializado: Utilizó tubos de vidrio doblados en ángulo y los selló sumergiendo los extremos en mercurio para evitar cualquier contaminación del aire exterior. Dentro de estos tubos herméticos, introdujo proporciones exactas de lo que entonces se llamaba "aire flogisticado" (nitrógeno) y "aire desflogisticado" (oxígeno). Hacia saltar chispas eléctricas a través de esta mezcla sobre soluciones alcalinas, dejando como resultado la disminución del volumen de estos gases, y, además, la comprobación de que el líquido subyacente no se enturbiaba, por lo cual se descartaba por completo la formación de dióxido de carbono, dando otro paradigma a la investigación.

 

        De esta experimentación quedó como resultado la respuesta la hipótesis principal, acreditando la verdadera naturaleza de las reacciones químicas entre el oxígeno y el hidrogeno en el medio atmosférico debido a que la electricidad actuaba como un catalizador que obligaba a estos elementos a unirse. Posterior a ello se evaporó el líquido restante y se formaron cristales de ácido nítrico, y esto probó de manera irrefutable que el nitrógeno de la atmósfera, al combinarse con oxígeno mediante una gran cantidad de energía, se convierte en ácido nítrico, desmitificando el proceso y sentando las bases para comprender cómo interactúan los gases atmosféricos.

 

        De los resultados únicamente quedó la fase analítica, y Henry, tal y como se caracterizaba, planteó una pregunta que arrojaría resultados fascinantes. ¿Era el nitrógeno de esta atmosfera el único con esas características químicas? Para determinarlo introdujo una cantidad conocida de nitrógeno atmosférico, oxigeno, y aplicó descargas eléctricas de manera reiterada hasta que el volumen de gas dejo de reducirse, luego, utilizó sustancias químicas para absorber todo el oxígeno sobrante y el ácido formado. Quedó atrapada en el tubo una minúscula burbuja de gas completamente que no reaccionaba de ninguna manera, cuyo volumen Cavendish calculó con increíble exactitud en apenas 1/120 de la porción de aire original. De esta manera Cavendish logró con tecnologías extremadamente anticuadas aislar un gas noble, el argón, y determinar casi con exactitud la cantidad que de este compuesto existía en la atmosfera.

 

Componente analizado en el experimento (1783-1785)

Resultado de Cavendish

Valor científico actual

Desviación

Concentración de Oxígeno en Atmósfera

Aproximadamente 20,8%

20.95%

< 0.2%

Densidad del Dióxido de Carbono (vs Aire)

1.57 veces mayor

1.65 veces mayor

0.08

Residuo Inerte (Argón) en Atmósfera

1/120 del nitrógeno (aprox 0.8%)

0.93%

< 0.2%



        El agua es uno de los 4 elementos que conocían las antiguas sociedades y es el único de ellos que es una sustancia química pura, aunque sea un compuesto y no un elemento. Además, por su naturaleza, no es de sorprender que fuera el último de estos en demostrarse que no era elemental. Por sus particularidades e importancia, el descubrimiento de la composición del agua entonces es una de las revelaciones con mayor relevancia científica, y para un científico del nivel de Cavendish significó no solo una proeza histórica, sino una controversia enorme en donde por ser autor de su obra se vio inmiscuido debido a precedentes de otros catedráticos en esta investigación, y resultados parecidos en periodos de tiempo muy cercanos.

 

        La experimentación que se llevó a cabo en dicho momento no fue muy complicada. En 1781, Cavendish preparó muestras purificadas de aire inflamable (hidrógeno) reaccionando metales con ácidos, y de aire deflogisticado (oxígeno) extraído mediante técnicas térmicas especiales. Utilizando globos de vidrio y chispas eléctricas, varió las proporciones estequiométricas sistemáticamente. Descubrió que cuando mezclaba el hidrógeno y el oxígeno en una proporción volumétrica exacta de dos a uno (2.02:1 en sus anotaciones finales) y los detonaba, la explosión era máxima, los gases perdían totalmente su elasticidad y se condensaban sin dejar residuo.

 

        Los reactivos se pesaron antes y después de la explosión y se demostró que el peso del líquido formado equivalía con total exactitud al peso sumado de los dos gases originales (a pesar de que en ese momento se destacó pérdida de masa, esto no era más que un error de medición). Al someter el líquido condensado a pruebas de evaporación, sabor y olor, el veredicto fue absoluto: no tenía gusto ni olor, y no dejaba sedimento perceptible. Es decir, cumplía con las características de ser agua pura. El agua, por tanto, era un compuesto, compuesto de otras moléculas y podía ser sintetizado artificialmente a partir de la unión de hidrógeno y oxígeno.



Aparato de Cavendish para producir hidrógeno


        La controversia por su descubrimiento surge debido a la publicación de la obra donde expone el descubrimiento:“Experiments on Air, en el año 1874, lo que significó un retraso de 3 años en la publicación; abriendo la puerta a la problemática; debido a que apenas 1 año antes James Watt, enterado de otras obras, escribió una carta delineando su propia teoría especulativa sobre la composición del agua, y la realización de un experimento por parte de Lavoisier y Pierre-Simon de Laplace, donde explicaban que el agua no era un elemento sino la composición de dos gases, pero sin destacar en ella la influencia por los descubrimiento que Cavendish había realizado, a través de información suministrada por el asistente de este último, dando la impresión de un descubrimiento completamente autónomo e independiente.

 

        Cuando los artículos de Watt, Cavendish y Lavoisier salieron a la luz, las acusaciones cruzadas proliferaron entonces. Watt se sintió plagiado por Cavendish; los británicos señalaron el oportunismo de Lavoisier. Se remarcaron también las diferencias sobre la aceptación y negación de la teoría del flogisto. Charles Blagden, investido como Secretario de la Royal Society, tuvo que intervenir en las actas para asentar las fechas exactas que protegían la prioridad de los experimentos de Cavendish, viéndose envuelto en la amarga refriega impulsada deliberadamente por agitadores como Jean-André Deluc.

 
        Fiel a su naturaleza estoica, Cavendish evitó involucrarse en la agria controversia nacionalista. Aceptó cordialmente que la teoría del oxígeno de Lavoisier era matemáticamente válida, aunque prefirió mantener su adhesión a la epistemología newtoniana-flogística, juzgándola de manera más satisfactoria.


        La batalla continuó durante el siglo XIX. Intelectuales de diferentes nacionalidades y con diferentes objetivos mantuvieron la llama ardiendo. En 1851, el biógrafo George Wilson, financiado por la Cavendish Society, publicó un extenso tratado refutando las afirmaciones de los defensores de Watt (como J.P. Muirhead). La resolución histórica fue definitiva: Henry Cavendish ostenta el mérito absoluto y prioritario del descubrimiento empírico y analítico de la síntesis del agua, mientras que a Lavoisier se le reconoce la brillante conceptualización de su estructura química moderna.

 

        El trabajo de Cavendish no solo se centró en el estudio de los aires, sino en la física y particularmente la dinámica. Su meticulosidad le permitió trabajar, décadas antes de la formalización de sus leyes, sobre la termodinámica basándose en los conceptos newtonianos.

 

        Cavendish investigó diferentes aspectos de la termodinámica del calor sensible y latente, a intervalos a lo largo de un período de unos treinta años de todas sus actividades científicas. El alcance de sus estudios incluyó termometría, dilatación de gases, calores específicos, calores latentes de fusión y vaporización, y las propiedades de las mezclas frigoríficas. Solo publicó sus hallazgos sobre termometría y mezclas frigoríficas; el resto quedó registrado en sus notas de laboratorio.

 

        Su estudio dinámico principal, "Observaciones relativas a la teoría del movimiento", explica su teoría, adhiriéndose a la visión de Newton de que el calor es la vibración de las partículas existentes, pero diferenciándose de este al precisar la teoría de la vibración: el calor, dijo Cavendish, es el "momento mecánico" o vía viva, de las partículas vibrantes. Demostró que el promedio temporal del momento mecánico de un conjunto de partículas permanece sensiblemente constante, siempre que las fuerzas tengan ciertas propiedades de simetría. Relacionó este teorema con otra ley de conservación. Era bien sabido que cuando dos cuerpos se colocan en contacto térmico, el calor perdido por uno es igual al ganado por el otro. Cavendish interpretó esto como que el momento mecánico perdido por las partículas de un cuerpo es igual al ganado por las partículas del segundo. A pesar del resultado no quedó satisfecho ya que había observado fenómenos como la fermentación, la disolución y la combustión que implican cantidades de calor inexplicables, incluso teniendo en cuenta el momento mecánico “adicional” de la compresión elástica. Cavendish recurrió a experimentos térmicos, permitiendo llegar a una respuesta.

 

        Cavendish redactó, pero no publicó, un extenso manuscrito titulado “Experimentos sobre el calor”, basado en trabajos de laboratorio realizados en 1765, o en posible fecha anterior. Aunque conocía algo del trabajo de Joseph Black (médico, físico y químico escocés) y su círculo, esencialmente redescubrió los hechos básicos de los calores específicos (término que posteriormente adoptó en privado) y los calores latentes (término que también adoptó en privado, pero solo después de desvincularlo de su connotación de teoría material del calor). El calor específico era la cantidad de calor necesaria para elevar en un grado la temperatura de una cantidad determinada de una sustancia, y el latente es la energía necesaria para que una sustancia cambie de estado físico (de sólido a líquido, o de líquido a gas) sin que varíe su temperatura.

 

        La diferencia en los calores específicos de mezclas o compuestos y sus componentes le ayudó a explicar los calores anómalos en las reacciones que violaban su teoría newtoniana del calor. Pensaba que la diferencia en los calores específicos explicaba por completo la adición o sustracción de calor sensible en las reacciones. Cavendish interrumpió sus explicaciones sobre los calores específicos y latentes con experimentos inconclusos sobre el aire.

 

        Entre los variados experimentos que realizó, intentó determinar el calor específico del aire haciéndolo pasar a través de un tubo serpentín recubierto de agua caliente, midiendo el aumento de temperatura del aire. En el otro experimento, midió el frío producido al disolver sustancias alcalinas en ácidos, liberando aire fijo, un fenómeno que consideraba similar a la evaporación.

 

        En noviembre de 1773 el Consejo de la Royal Society decidió que se deberían hacer observaciones diarias en la casa del científico con el barómetro, termómetro, pluviómetro, anemómetro e higrómetro. Cavendish fue designado para dirigir y supervisar el trabajo de observación, y esto condujo a la publicación de su artículo titulado "Un relato de los instrumentos meteorológicos usados en la Casa de la Royal Society" (Cavendish, 1776b). Este documento se dividió en cuatro secciones, la primera de las cuales trataba de los termómetros, la segunda del barómetro, el pluviómetro, el anemómetro y el higrómetro, la tercera de la brújula de variación y la cuarta de la aguja de inmersión.

 

        De estas investigaciones, tan extremadamente amplias, se desarrolló una gran cantidad de trabajo meticuloso, tales como determinación del punto de ebullición del agua, uso correcto de termómetro, expansión de los diferentes aires, experimentación de capacidades térmicas de sustancias semejantes y diferentes, medición de presiones, relaciones que en el futuro anticipaban conceptos (como el de entalpía) y de más.

 

        A partir de los experimentos realizados una de las determinaciones más importantes era la del correcto uso del termómetro. Cavendish notó que cuando el bulbo de un termómetro se sumergía en un líquido caliente la diferencia de temperaturas entre el bulbo y el vástago del instrumento podría conducir a un error significativo en la temperatura real. Afirmó que el único método preciso era tener cuidado de que todas las partes del fluido termométrico se calentaran por igual: "porque un termómetro sumergido en un licor del calor del agua hirviendo se mantendrá al menos 2° más alto, si se sumerge a tal profundidad que el azogue del tubo se calienta al mismo grado que el de la bola, que, si no se sumerge más abajo del punto de congelación, y el resto del tubo no es mucho más cálido que el aire. El único método preciso es tener cuidado de que todas las partes del azogue se calienten por igual. Por esta razón, al probar el calor de licores mucho más calientes o más fríos que el aire, el termómetro debería, si es posible, estar sumergido casi hasta la parte superior de la columna del azogue en el tubo" (Cavendish, 1788).

 

        Comprendió que esta no era una característica operativa de naturaleza sencilla, por lo que elaboró una tabla de correcciones para aplicarlas a las lecturas observadas. Su tabla se basó en el coeficiente de expansión del mercurio, que expresó declarando: "el azogue expande una 11500ava parte de su volumen por cada grado de calor”. De esto entonces desarrollo varias precauciones que darían pie a su próxima investigación.

 

        En 1783, publicó en las Philosophical Transactions el artículo "Observations on Mr Hutchins's Experiments for determining the Degree of Cold at which Quicksilver freezes". Analizando las engorrosas y confusas bitácoras de temperatura remitidas por Thomas Hutchins desde las gélidas instalaciones de la Compañía de la Bahía de Hudson en Norteamérica y logrando realizar correcciones sobre estas.

 

        Entre 1783 y 1786 Cavendish publicó tres artículos relacionados con la congelación de sustancias puras y mezclas, en particular mercurio, ácido nítrico, ácido sulfúrico y espíritu de vino (Maxwell et al., 1921, Cavendish, 1786, 1788). Estos artículos eran igualmente comentarios sobre las observaciones realizadas en la Bahía de Hudson, sobre el efecto del fuerte frío natural en las sustancias mencionadas anteriormente. Las observaciones se realizaron bajo la dirección de Cavendish y fueron financiadas por él mismo.

 

        La colaboración entonces fue fructífera, y se extendió inclusive hasta el sucesor de Hutchins, John McNab. Entre 1786 y 1788, desde el fuerte Albany Fort y Henley House en la Bahía, McNab ejecutó protocolos de enfriamiento dictados por Cavendish desde Londres con el objeto de determinar los puntos de congelación del ácido nítrico y sulfúrico ("espíritu de nitro" y "vitriolo") en diversas concentraciones acuosas. Al tabular los resultados, Cavendish descubrió el fenómeno de las mezclas eutécticas: combinaciones químicas que presentan un punto de congelación dramáticamente inferior al de sus componentes individuales, sentando las bases de la moderna físico-química de equilibrio de fases en soluciones ácidas.

 

        Hasta el siglo XVII, todo el conocimiento sobre la electricidad era básicamente lo que los griegos sabían en la época de Tales de Mileto (625 - 547 a. C.) que cuando se frotaba el ámbar adquiría la capacidad de recoger cuerpos ligeros. Posterior a él y el siglo XV y XVI diferentes autores como Otto von Guericke, Ewald Georg von Kleist, Pieter van Musschenbroek, Cavendish realizaron aportes significativos a la materia, y a pesar de explicar muchos conceptos, en reiteradas ocasiones no se comprendía con totalidad los resultados de investigaciones o el funcionamiento de ciertos aparatos. Henry partió de esta situación y trabajo arduamente en ello.

 

        Al igual que muchas de sus investigaciones, el desarrollo y trabajo sobre el área del electromagnetismo se realizó a través de experimentaciones rigurosas a través de los años, pero guardadas y olvidadas por diferentes razones muchas veces relacionadas con la personalidad de su autor, al no cumplir con sus estándares tan rigurosos, aun cuando los descubrimientos en ella descritas respondían interrogantes que aun 100 años después no se habían precisado.

 

        En 1871 James Clerk Maxwell fue elegido para la recientemente establecida Cátedra de Física Experimental en Cambridge, jefe del nuevo laboratorio que William Cavendish, séptimo Duque de Devonshire, había regalado a la Universidad. Tres años después, en 1874 Maxwell adquirió los documentos sobre investigaciones en electricidad del pariente del Duque, Henry Cavendish, y se comprometió a editarlos para su publicación. Durante los siguientes cinco años, dedicó gran parte del tiempo que pudo ahorrar del establecimiento del laboratorio a transcribir y editar los documentos. Fueron publicados en octubre de 1879, el mes anterior a la muerte de Maxwell, en 'un clásico de la edición científica, situando a Cavendish dentro de su propio período. De este suceso que, después de casi 100 años se hiciera la publicación de las investigaciones realizadas por Cavendish entre 1771 y 1781. De la investigación sobre el trabajo del ya fallecido en ese momento quedaron algunos puntos muy importantes:



 

1. Distinción entre Carga y Potencial Eléctrico

-          Separación de estos conceptos: Basándose en la teoría del modelo de un solo fluido elástico, Cavendish fue la primera persona en distinguir claramente entre la "cantidad de electricidad" en un cuerpo (lo que hoy se define como carga eléctrica) y el "grado en que un cuerpo está electrificado" (potencial eléctrico).

 

-          Concepto de Capacidad (Capacitancia): Para probar la distinción recién mencionada se dispuso a medir las cargas de cuerpos con una amplia variedad de formas y tamaños. Demostró que cuerpos de distintos tamaños y formas, al ser conectados eléctricamente para compartir el mismo grado de electrificación (alcanzando el mismo potencial), almacenaban cantidades diferentes de carga. Con esto pudo comprobar que la proporción entre estas cargas era una propiedad físicamente medible y tenía un significado físico fundamental.

 

2. Leyes de la Electrostática

-          Ley de la Inversa del Cuadrado: Cavendish probó experimentalmente la ley de atracción electrostática de la inversa del cuadrado, adelantándose a los famosos experimentos de Coulomb por al menos 10 años. (la ley establece que la fuerza eléctrica, ya sea de atracción o de repulsión, entre dos cargas puntuales disminuye en proporción inversa al cuadrado de la distancia que las separa.

 

-          Ausencia de carga en el interior de un conductor: Demostró de forma teórica y experimental que, como consecuencia de la ley de la inversa del cuadrado, la electricidad en equilibrio en un conductor esférico reside únicamente en su superficie, sin que haya carga en su interior. Para probar este supuesto realizó un experimento usando un ingenioso mecanismo compuesto por un globo conductor aislado que fue encerrado en dos hemisferios conductores huecos. Los conectó con un alambre, electrificó el aparato, y tras retirar el alambre con un hilo de seda y separar los hemisferios, midió el globo con un electrómetro de bolas de médula para constatar que su carga era nula.

 

3. Propiedades Dieléctricas y Capacitancia

 

-          Medición de diversas formas: Llevó a cabo extensas series de experimentos para determinar la capacitancia de objetos con diferentes tamaños y formas. Cavendish utilizó cilindros, discos (circulares), globos (esferas) y placas para medir la capacitancia.

 

-          Capacidad Inductiva Específica: Descubrió el efecto que tenían los revestimientos sobre la capacitancia de las placas, notando que la capacidad de varios materiales sólidos no conductores (midiendo, por ejemplo, distintas densidades de cristal de roca) era mayor que la del aire. Con esto, Cavendish se anticipó al descubrimiento de Faraday de lo que se denominaría "capacidad inductiva específica" (constante dieléctrica).

 

 

4. Conductividad y Resistencia

 

-           Conductividad del agua: Realizó mediciones precisas comparando líquidos, descubriendo que el agua de mar (o una solución salina de una parte de sal por 30 de agua) conducía la electricidad 100 veces mejor que el agua de lluvia, y que una solución salina saturada lo hacía unas 720 veces mejor.

 

-          Uso del cuerpo como instrumento de medición: Como en su época no existían los galvanómetros, Cavendish medía la conductividad evaluando la fuerza de las descargas eléctricas que hacía pasar por su propio cuerpo. Logró registrar resultados cuantitativos empíricos ajustando las configuraciones y condiciones experimentales de los circuitos hasta que los choques eléctricos se sentían iguales en intensidad. Aspecto en particular que a Maxwell le generaba tremenda intriga.

 

-          Anticipación a la Ley de Ohm: Realizó experimentos en soluciones salinas comparando la longitud de los tubos (como medida de resistencia) y el peso de la cantidad de fluido (como medida de velocidad o corriente). A través de estos experimentos descubrió la relación proporcional entre la resistencia y la corriente, siendo el primero en verificar experimentalmente los principios de una ley que para el momento del trabajo ni siquiera existía.

 

5. Naturaleza de las Descargas Biológicas

 

-          El misterio del pez torpedo: Cavendish resolvió el debate científico sobre si los choques producidos por el pez torpedo eran de origen eléctrico, refutando a los escépticos que argumentaban que, de ser así, se producirían tormentas de relámpagos en las profundidades del océano. Trabajando con su colega Timothy Lane, creó un pez torpedo artificial capaz de emitir descargas eléctricas para demostrar que la fuente de la descarga era la electricidad, imitando estos efectos físicos y haciéndoselos sentir a sus colegas. Demostró que los choques biológicos podían explicarse como la descarga de una cantidad inmensa de electricidad, pero a un grado de electrificación (potencial) extremadamente débil.

 

        La mayor obra, y la más relevante de todas durante la vida del autor fue la determinación de la densidad de la Tierra, realizada durante el ocaso de su vida, a los 77 años. Publicó en las Philosophical Transactions de 1798 su monumental artículo "Experiments to determine the Density of the Earth".

 

        Para poder determinar esta constante, existió un precedente que sirvió como base fundamental. En la década de 1770, la Royal Society había financiado un colosal ensayo topográfico liderado por el astrónomo real Nevil Maskelyne y el matemático Charles Hutton en las tierras altas de Escocia. Midieron cómo la atracción de la inmensa montaña simétrica de Schiehallion desviaba ligeramente el péndulo de una plomada topográfica. Los laboriosos cálculos de Hutton en 1778 concluyeron que la Tierra poseía una densidad media de 4.5 g/cm³, desechando para siempre la noción de un planeta hueco y sugiriendo la presencia de un denso núcleo metálico. Sin embargo, las incertidumbres geológicas de la montaña dejaban un margen de error del 20%.

 

        Cavendish empezó con la contienda, el reverendo John Michell, astrónomo, geólogo y amigo cercano de Cavendish (con quien este discutía técnicas avanzadas de óptica y fotómetros estelares) hizo parte de ello. Michell construyó una rudimentaria balanza de torsión gravitacional, pero debido a su muerte, su compañero siguió con el trabajo y realizó una serie de investigaciones a través mecanismo. Esto fue descrito en: Transacciones Filosóficas VOL. 88, 1798, p. 469 XXI. "Experimentos para determinar la Densidad de la Tierra". Por Henry Cavendish, Esq., F.R.S. y A.S. Leído el 21 de junio de 1798.


“Hace muchos años, el difunto Rev. John Michell, de esta Sociedad, ideó un método para determinar la densidad de la tierra, haciendo sensible la atracción de pequeñas cantidades de materia; pero, como estaba ocupado en otros asuntos, no completó el aparato hasta poco tiempo antes de su muerte, y no vivió para realizar ningún experimento con él. Tras su muerte, el aparato pasó al Rev. Francis John Hyde Wollaston, Profesor Jacksoniano en Cambridge, quien, no teniendo las comodidades para hacer experimentos con él de la manera que hubiera deseado, tuvo la amabilidad de entregármelo.

 

El aparato es muy simple; consta de un brazo de madera, de 6 pies de largo, hecho de manera que une una gran fuerza con poco peso. Este brazo está suspendido en posición horizontal, por un alambre delgado de 40 pulgadas de largo, y de cada extremo cuelga una bola de plomo, de unas 2 pulgadas de diámetro; y todo el conjunto está encerrado en una estrecha caja de madera, para defenderlo del viento.

 

Como no se requiere más fuerza para hacer girar este brazo sobre su centro que la necesaria para torcer el alambre de suspensión, es evidente que, si el alambre es lo suficientemente delgado, la fuerza más diminuta, como la atracción de un peso de plomo de unas pocas pulgadas de diámetro, será suficiente para desviar el brazo de manera sensible. Los pesos que el Sr. Michell tenía la intención de usar eran de 8 pulgadas de diámetro. Uno de estos debía colocarse a un lado de la caja, opuesto a una de las bolas, y tan cerca de ella como pudiera hacerse convenientemente, y el otro en el otro lado, opuesto a la otra bola, de modo que la atracción de ambos pesos conspirara para desviar el brazo; y, cuando se comprobara su posición, afectada por estos pesos, los pesos debían trasladarse al otro lado de la caja, a fin de desviar el brazo en sentido contrario, y la posición del brazo debía determinarse de nuevo; y, en consecuencia, la mitad de la diferencia de estas posiciones mostraría cuánto se desvió el brazo por la atracción de los pesos.

 

  Para determinar a partir de esto la densidad de la tierra, es necesario averiguar qué fuerza se requiere para desviar el brazo a través de un dado”


 


Diagrama del péndulo de torsión de Cavendish, visto desde arriba. El péndulo consta de dos pequeñas pesas esféricas de plomo, representadas con las letras h, que cuelgan de una viga horizontal de madera de 1,83 m (6 pies) sostenida en el centro por un fino alambre de torsión. La viga está protegida de las corrientes de aire dentro de una caja de madera, cuyos vértices están señalados con la letra A. Las dos pesas grandes (W, W) sujetas a una suspensión independiente atraen a las pequeñas, provocando una ligera rotación de la viga. Esta rotación se mide con escalas vernier (S) en ambos extremos de la varilla. Las pesas grandes pueden girarse hacia el otro lado de la viga de torsión (w, w), haciendo que esta gire en sentido contrario.

 

 


Dibujo en sección vertical del instrumento de balanza de torsión de Cavendish, incluyendo el edificio que lo albergaba. Las grandes bolas colgaban de un marco para poder girarlas mediante una polea desde el exterior.

 

        La fuerza que Cavendish intentaba medir era de 1,74 x10-7 Newtons (el equivalente al peso de una fracción microscópica de un miligramo de arena). A este umbral de hipersensibilidad, la presencia de Cavendish en la misma habitación, su calor o cualquier cosa por más minúscula que sea le podía afectar, por lo cual, para blindar el experimento y evitar errores Henry encerró el aparato en una caja de madera tres cuartos de pulgada de grosor, y luego confinó la estructura entera dentro de una pequeña edificación auxiliar herméticamente sellada en los jardines de su finca, controlando todo a través de mecanismos de cuerdas.

 

        Midiendo el ángulo de la barra y conociendo la fuerza de torsión (par) del alambre para un ángulo dado, Cavendish pudo determinar la fuerza entre los pares de masas. Dado que la fuerza gravitatoria de la Tierra sobre la bola pequeña podía medirse directamente pesándola, la relación entre ambas fuerzas permitía calcular la densidad relativa de la Tierra, utilizando la ley de gravitación de Newton.

 

        Como resultado Cavendish descubrió que la densidad de la Tierra era 5,448 ± 0,033 veces la del agua (aunque debido a un simple error aritmético, descubierto en 1821 por Francis Baily, el valor erróneo 5,480 ± 0,038 aparece en su artículo) y el valor actualmente aceptado y medible es 5,514 g/cm3, con la gran diferencia de que hoy existen técnicas de física moderna, instrumentos específicos y análisis de datos avanzados para dicha problemática, algo de lo que no se disponía para ese momento.

 

        Con frecuencia algunos textos educativos afirman que Cavendish fue el primero en medir empíricamente la Constante de Gravitación Universal de Newton. Esto es incorrecto debido a que el único objetivo de la investigación era la determinación de la densidad terrestre, y, de hecho, el propio Cavendish documentó que su meta exclusiva era determinar la densidad geológica. Resultaron ser los físicos de finales del siglo XIX quienes desarrollaron y adaptaron algebraicamente los datos recogidos para calcular el valor moderno de la constante. Aunque se destaca su vital importancia en el cálculo de ella.

 

        En el año 1790, Cavendish publicó en las Philosophical Transactions una investigación titulada "On the Height of the Luminous Arch Which Was Seen on Feb. 23, 1784". Recopilando reportes observacionales de un violento fenómeno de Aurora Boreal documentado simultáneamente a lo largo de toda Gran Bretaña, empleó una rigurosa trigonometría y paralaje geográfico para calcular la altura de este perturbador arco luminoso. Eludiendo el mito místico que rodeaba a las auroras, Cavendish dictaminó matemáticamente que el fenómeno luminiscente electro-magnético se originó en la alta atmósfera, a una altitud que oscilaba precisamente entre los 80 y los 112 kilómetros de la superficie, acotando el evento dentro del manto ionosférico.

 

        La astronomía, como muchos otros temas ya visto se mantenía dentro de las fascinaciones del personaje, tanto que, de hecho, transformó su finca en Clapham Common en un nodo del mapeo cartográfico nacional, o sea, un observatorio que, además, se utilizó como estación en la triangulación de Londres realizada por William Roy en 1787. Aquí Cavendish probó las lentes que Christiaan Huygens proporcionó a la Royal Society en 1785. Sus [Coordenadas: 51°27' N, 0°09' O].

 

Cavendish House en el lado sur de Clapham Common (1906)

 

        A diferencia de la gran mayoría de las obras publicadas durante toda su vida, que estaban todas relacionadas a las ciencias naturales, una de las investigaciones realizadas por Cavendish en los últimos 18 años de su vida fue la de la cultura India, denotando con ello una apreciación no solamente por las áreas que frecuentaba naturalmente, sino también por las culturas del mundo, denotando su interés a través del estudio de la cosmología de esta cultura a través de su obra “XX. On the civil tear of the Hindoos, and its divisions; with an account of three Hindoo almanacs belonging to Charles Wilkins” en el año 1792, en donde a través de los servicios del orientalista británico Charles Wilkins (tipógrafo y erudito inglés que cofundó la Sociedad Asiática, y conocido por ser el primer traductor del Bhagavad Gita al inglés y dominar el alfabeto sanscrito). Este personaje le suministro tres patras (intrincados almanaques astrométricos hindúes originarios de Benares, Tanna y Nadeea). Conjuntamente, desmenuzaron lingüística y astronómicamente los textos sagrados logrando descifrar y homogeneizar matemáticamente ante Europa el complejo cálculo de los días lunares (teethees) y los periodos interestelares que cimentaban la cronometría religiosa y administrativa del subcontinente indio.


        El honorable Henry Cavendish murió el 24 de febrero del año 1810, sucumbiendo rápidamente tras la que probablemente fuera la primera y única enfermedad documentada de su larguísima existencia de 78 años, de la cual no se tiene certeza histórica.

 

        Fiel a su filosofía desapasionada, enfrentó la muerte en la soledad de su mansión. Fue enterrado en un silencio absoluto en la iglesia de Todos los Santos (hoy Catedral de Derby), sin permitir efigies ostentosas. Consolidado como el hombre más rico de Gran Bretaña sin ostentar un título nobiliario directo (debido a su estatus de segundón noble), dejó tras de sí no solo una herencia financiera extremadamente grande en el Banco de Inglaterra, sino una cantidad de investigaciones, trabajos y conocimiento anotado que años más tarde serviría de base para el desarrollo de grandes avances en campos que en su momento se pensaron vírgenes.

 

        A lo largo del siglo XIX, la magnitud de la figura de Cavendish fue reconstruida a través de la disputa póstuma liderada por George Wilson y la Cavendish Society, quienes intervinieron para rescatar la integridad moral y prioridad de Henry en la Controversia del Agua. La figura de Cavendish en el popular científico inglés dejó una marca imborrable debido no solo a esa peculiar personalidad, sino a esa rigurosidad que definió su obra.

 

        La verdadera consagración de su legado aconteció en 1874 debido a los designios de William Cavendish, el séptimo duque de Devonshire y en aquel momento Rector de la Universidad de Cambridge, con la necesidad de integrar la experimentación empírica en las universidades británicas, el duque financió integralmente la fundación del Laboratorio Cavendish (Cavendish Laboratory). Bajo el aura tutelar de su ilustre antepasado, el recién nombrado profesor James Clerk Maxwell inauguró la institución con nada menos que el legado de aquel personaje y la investigación de sus obras aun sin publicar.

 


        Recientes subsidios del American Institute of Physics (AIP) otorgados en 2024 al Chatsworth House Trust (finca ancestral del linaje Devonshire) han permitido catalogar los 435 manuscritos científicos personales restantes de Cavendish, como su "Libro Blanco". Estos folios abarcan desde anotaciones algebraicas hasta borradores descartados, mostrando a un hombre que, aunque poseía graves dificultades para la socialización, ciertamente albergaba pasiones en resolver todo tipo de cuestiones del Universo.




Hombres de ciencia en 1807. Por Sir John Gilbert.

Retrato grupal compuesto que rinde homenaje a las mentes más brillantes de la Gran Bretaña de principios del siglo XIX

Cavendish se encuentra ubicado en el plano central, ligeramente hacia la izquierda de la composición, se le representa sentado, con las piernas cruzadas y en absoluto aislamiento.

 

 

BIBLIOGRAFIA