Henry Cavendish - Henry Cavendish


Henry Cavendish

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Henry Cavendish
Nació 10 de octubre de 1731
Murió 24 de febrero de 1810 (1810-02-24)(78 años)
Nacionalidad inglés
Ciudadanía británico
alma mater Peterhouse, Cambridge
Conocido por Descubrimiento del hidrógeno
Midiendo la densidad de la Tierra ( experimento de Cavendish )
Premios Medalla copley
Carrera científica
Los campos Química , física
Instituciones Institución real

Henry Cavendish FRS ( / k æ v ən d ɪ ʃ / ; 10 octubre 1731 a 24 febrero 1810) fue un filósofo Inglés natural, científico, y un experimental importante y teórico químico y físico . Se destaca por su descubrimiento del hidrógeno , al que denominó "aire inflamable". Describió la densidad del aire inflamable, que forma el agua en la combustión, en un artículo de 1766, Sobre los aires fácticos . Antoine Lavoisier reprodujo más tarde el experimento de Cavendish y le dio su nombre al elemento.

Cavendish, un hombre notoriamente tímido, se distinguió sin embargo por su gran exactitud y precisión en sus investigaciones sobre la composición del aire atmosférico , las propiedades de los diferentes gases, la síntesis del agua, la ley que gobierna la atracción y repulsión eléctricas , una teoría mecánica del calor y cálculos de la densidad (y por tanto de la masa ) de la Tierra . Su experimento para medir la densidad de la Tierra se conoce como el experimento de Cavendish .

Biografía

Vida temprana

Henry Cavendish nació el 10 de octubre de 1731 en Niza , donde vivía su familia en ese momento. Su madre era Lady Anne de Gray, cuarta hija de Henry Gray, primer duque de Kent , y su padre era Lord Charles Cavendish , el tercer hijo de William Cavendish, segundo duque de Devonshire . La familia remonta su linaje a lo largo de ocho siglos hasta la época normanda y estaba estrechamente relacionada con muchas familias aristocráticas de Gran Bretaña. La madre de Henry murió en 1733, tres meses después del nacimiento de su segundo hijo, Frederick, y poco antes del segundo cumpleaños de Henry, dejando a Lord Charles Cavendish para criar a sus dos hijos. Henry Cavendish fue diseñado como "El Honorable Henry Cavendish".

Desde los 11 años, Henry asistió a Newcome's School , una escuela privada cerca de Londres. A la edad de 18 años (el 24 de noviembre de 1748) ingresó en la Universidad de Cambridge en St Peter's College, ahora conocido como Peterhouse , pero se fue tres años después, el 23 de febrero de 1751 sin obtener un título (en ese momento, una práctica común). Luego vivió con su padre en Londres, donde pronto tuvo su propio laboratorio.

Lord Charles Cavendish pasó su vida primero en política y luego cada vez más en ciencia, especialmente en la Royal Society de Londres. En 1758, llevó a Henry a las reuniones de la Royal Society y también a las cenas del Royal Society Club. En 1760, Henry Cavendish fue elegido para ambos grupos, y después de eso fue asiduo en su asistencia. Prácticamente no participó en la política, pero siguió a su padre en la ciencia, a través de sus investigaciones y su participación en organizaciones científicas. Participó activamente en el Consejo de la Royal Society de Londres (al que fue elegido en 1765).

Su interés y experiencia en el uso de instrumentos científicos lo llevaron a encabezar un comité para revisar los instrumentos meteorológicos de la Royal Society y ayudar a evaluar los instrumentos del Observatorio Real de Greenwich . Su primer artículo, facticio aéreo , apareció en 1766. Otros comités en los que se desempeñó incluyó el comité de artículos, que eligió los artículos para su publicación en las transacciones filosóficas de la Royal Society , y los comités para el tránsito de Venus (1769), por la atracción gravitacional de las montañas (1774), y por las instrucciones científicas para la expedición de Constantine Phipps (1773) en busca del Polo Norte y el Pasaje del Noroeste . En 1773, Henry se unió a su padre como administrador electo del Museo Británico , al que dedicó mucho tiempo y esfuerzo. Poco después de que se estableciera la Institución Real de Gran Bretaña, Cavendish se convirtió en gerente (1800) y se interesó activamente, especialmente en el laboratorio, donde observó y ayudó en los experimentos químicos de Humphry Davy .

Investigación química

Aparato de Cavendish para fabricar y recolectar hidrógeno

Aproximadamente en el momento de la muerte de su padre, Cavendish comenzó a trabajar en estrecha colaboración con Charles Blagden , una asociación que ayudó a Blagden a ingresar de lleno en la sociedad científica de Londres. A cambio, Blagden ayudó a mantener al mundo a distancia de Cavendish. Cavendish no publicó libros y pocos artículos, pero logró mucho. Varias áreas de investigación, incluidas la mecánica , la óptica y el magnetismo , aparecen ampliamente en sus manuscritos, pero apenas aparecen en su trabajo publicado. Se considera que Cavendish es uno de los llamados químicos neumáticos de los siglos XVIII y XIX, junto con, por ejemplo, Joseph Priestley , Joseph Black y Daniel Rutherford . Cavendish descubrió que un gas definido, peculiar y altamente inflamable, al que se refirió como "aire inflamable", se producía por la acción de ciertos ácidos sobre ciertos metales . Este gas era hidrógeno , que Cavendish supuso correctamente que estaba en proporción de dos a uno en el agua.

Aunque otros, como Robert Boyle , habían preparado gas hidrógeno antes, a Cavendish se le suele atribuir el mérito de reconocer su naturaleza elemental. En 1777, Cavendish descubrió que el aire exhalado por los mamíferos se convierte en "aire fijo" ( dióxido de carbono ), no en "aire flogistizado" como predijo Joseph Priestley. Además, al disolver los álcalis en ácidos, Cavendish produjo dióxido de carbono, que recogió, junto con otros gases, en botellas invertidas sobre agua o mercurio . Luego midió su solubilidad en agua y su gravedad específica , y observó su combustibilidad . Concluyó en su artículo de 1778 "Consideraciones generales sobre los ácidos" que el aire respirable constituye la acidez. Cavendish recibió la medalla Copley de la Royal Society por este artículo. La química de los gases tuvo una importancia creciente en la segunda mitad del siglo XVIII y se volvió crucial para la reforma de la química del francés Antoine-Laurent Lavoisier , generalmente conocida como la revolución química .

En 1783, Cavendish publicó un artículo sobre eudiometría (la medida de la bondad de los gases para respirar). Describió un nuevo eudiómetro de su invención, con el que logró los mejores resultados hasta la fecha, utilizando lo que en otras manos había sido el método inexacto de medir los gases pesándolos. Luego, después de una repetición de un experimento de 1781 realizado por Priestley, Cavendish publicó un artículo sobre la producción de agua pura quemando hidrógeno en " aire desflogistizado " (aire en el proceso de combustión, ahora conocido como oxígeno ). Cavendish llegó a la conclusión de que en lugar de sintetizarse, la quema de hidrógeno provocó que el agua se condensara del aire. Algunos físicos interpretaron el hidrógeno como flogisto puro . Cavendish informó de sus hallazgos a Priestley a más tardar en marzo de 1783, pero no los publicó hasta el año siguiente. El inventor escocés James Watt publicó un artículo sobre la composición del agua en 1783; se produjo una controversia sobre quién hizo el descubrimiento por primera vez.

En 1785, Cavendish investigó la composición del aire común (es decir, atmosférico) , obteniendo resultados impresionantemente precisos. Realizó experimentos en los que el hidrógeno y el aire ordinario se combinaron en proporciones conocidas y luego explotaron con una chispa de electricidad. Además, también describió un experimento en el que pudo eliminar, en terminología moderna, los gases de oxígeno y nitrógeno de una muestra de aire atmosférico hasta que solo quedó una pequeña burbuja de gas sin reaccionar en la muestra original. Utilizando sus observaciones, Cavendish observó que, cuando había determinado las cantidades de aire flogistizado ( nitrógeno ) y aire desflogificado (oxígeno), quedaba un volumen de gas equivalente a 1/120 del volumen original de nitrógeno. Mediante cuidadosas mediciones, llegó a la conclusión de que "el aire común consiste en una parte de aire [oxígeno] desflogistizado, mezclada con cuatro de [nitrógeno] flogístico".

En la década de 1890 (alrededor de 100 años después), dos físicos británicos, William Ramsay y Lord Rayleigh , se dieron cuenta de que su gas inerte recién descubierto , el argón , era responsable del residuo problemático de Cavendish; no había cometido un error. Lo que había hecho era realizar rigurosos experimentos cuantitativos, utilizando instrumentos y métodos estandarizados, dirigidos a resultados reproducibles; tomado la media del resultado de varios experimentos; e identificado y admitido las fuentes de error. La balanza que usó, hecha por un artesano llamado Harrison, fue la primera de las balanzas de precisión del siglo XVIII, y tan precisa como la de Lavoisier (que se estima que mide una parte en 400.000). Cavendish trabajó con sus fabricantes de instrumentos, generalmente mejorando los instrumentos existentes en lugar de inventar otros completamente nuevos.

Cavendish, como se indicó anteriormente, utilizó el lenguaje de la antigua teoría del flogisto en química. En 1787, se convirtió en uno de los primeros fuera de Francia en convertirse a la nueva teoría antiflogística de Lavoisier, aunque se mantuvo escéptico sobre la nomenclatura de la nueva teoría. También se opuso a la identificación de Lavoisier del calor como si tuviera una base material o elemental. Trabajando dentro del marco del mecanismo newtoniano, Cavendish había abordado el problema de la naturaleza del calor en la década de 1760, explicando el calor como resultado del movimiento de la materia.

En 1783 publicó un artículo sobre la temperatura a la que se congela el mercurio y en ese artículo hizo uso de la idea de calor latente , aunque no utilizó el término porque creía que implicaba la aceptación de una teoría material del calor. Hizo explícitas sus objeciones en su artículo de 1784 al aire. Continuó desarrollando una teoría general del calor, y el manuscrito de esa teoría ha sido fechado de manera convincente a fines de la década de 1780. Su teoría era a la vez matemática y mecánica: contenía el principio de conservación del calor (más tarde entendido como una instancia de conservación de la energía ) e incluso incluía el concepto (aunque no la etiqueta) del equivalente mecánico del calor .

Densidad de la Tierra

Tras la muerte de su padre, Henry compró otra casa en la ciudad y también una casa en Clapham Common (construida por Thomas Cubitt ), en ese momento al sur de Londres. La casa de Londres contenía la mayor parte de su biblioteca, mientras que él guardaba la mayoría de sus instrumentos en Clapham Common, donde llevó a cabo la mayoría de sus experimentos. El más famoso de esos experimentos, publicado en 1798, fue el de determinar la densidad de la Tierra y se conoció como el experimento de Cavendish . El aparato que Cavendish usó para pesar la Tierra fue una modificación de la balanza de torsión construida por el geólogo y inglés John Michell , quien murió antes de que pudiera comenzar el experimento. El aparato se envió en cajas a Cavendish, quien completó el experimento en 1797-1798 y publicó los resultados.

El aparato experimental consistía en una balanza de torsión con un par de esferas de plomo de 2 pulgadas y 1,61 libras suspendidas del brazo de una balanza de torsión y dos bolas de plomo estacionarias mucho más grandes (350 libras). Cavendish pretendía medir la fuerza de atracción gravitacional entre los dos. Se dio cuenta de que el aparato de Michell sería sensible a las diferencias de temperatura y a las corrientes de aire inducidas, por lo que hizo modificaciones aislando el aparato en una habitación separada con controles externos y telescopios para realizar observaciones.

Con este equipo, Cavendish calculó la atracción entre las bolas a partir del período de oscilación del equilibrio de torsión, y luego utilizó este valor para calcular la densidad de la Tierra. Cavendish descubrió que la densidad media de la Tierra es 5,48 veces mayor que la del agua. John Henry Poynting señaló más tarde que los datos deberían haber llevado a un valor de 5.448, y de hecho ese es el valor promedio de las veintinueve determinaciones que Cavendish incluyó en su artículo. El número publicado se debió a un simple error aritmético de su parte. Lo extraordinario del experimento de Cavendish fue la eliminación de todas las fuentes de error y todos los factores que podrían perturbar el experimento, y su precisión al medir una atracción sorprendentemente pequeña, apenas 1 / 50.000.000 del peso de las bolas de plomo. El resultado que Cavendish obtuvo para la densidad de la Tierra está dentro del 1 por ciento de la cifra actualmente aceptada.

El trabajo de Cavendish llevó a otros a obtener valores precisos para la constante gravitacional ( G ) y la masa de la Tierra. Con base en sus resultados, se puede calcular un valor para G de 6,754 × 10 −11 N-m 2 / kg 2 , que se compara favorablemente con el valor moderno de 6,67428 × 10 −11 N-m 2 / kg 2 .

Los libros a menudo describen el trabajo de Cavendish como una medida de G o de la masa de la Tierra. Dado que estos están relacionados con la densidad de la Tierra por una red trivial de relaciones algebraicas, ninguna de estas fuentes es incorrecta, pero no coinciden con la elección exacta de palabras de Cavendish, y este error ha sido señalado por varios autores. El objetivo declarado de Cavendish era medir la densidad de la Tierra, aunque su resultado obviamente calcula G para hacerlo.

La primera vez que la constante obtuvo este nombre fue en 1873, casi 100 años después del experimento de Cavendish, pero la constante estuvo en uso desde la época de Newton. Los resultados de Cavendish también dan la masa de la Tierra .

Investigación eléctrica

Los experimentos eléctricos y químicos de Cavendish, como los del calor, habían comenzado mientras vivía con su padre en un laboratorio en su casa de Londres. Lord Charles Cavendish murió en 1783, dejando casi todos sus bienes sustanciales a Henry. Al igual que su teoría del calor, la teoría integral de la electricidad de Cavendish tenía una forma matemática y se basaba en experimentos cuantitativos precisos. Trabajando con su colega, Timothy Lane , creó un pez torpedo artificial que podía dispensar descargas eléctricas para mostrar que la fuente de descarga de estos peces era la electricidad. Publicó una primera versión de su teoría de la electricidad en 1771, basada en un fluido eléctrico expansivo que ejercía presión. Demostró que si la intensidad de la fuerza eléctrica fuera inversamente proporcional a la distancia, entonces el fluido eléctrico más que el necesario para la neutralidad eléctrica estaría en la superficie exterior de una esfera electrificada; luego lo confirmó experimentalmente. Cavendish continuó trabajando en electricidad después de este artículo inicial, pero no publicó más sobre el tema.

Cavendish escribió artículos sobre temas eléctricos para la Royal Society, pero la mayor parte de sus experimentos eléctricos no se conocieron hasta que fueron recopilados y publicados por James Clerk Maxwell un siglo más tarde, en 1879, mucho después de que otros científicos obtuvieran los mismos resultados. Los artículos eléctricos de Cavendish de las Philosophical Transactions de la Royal Society de Londres se han reimpreso, junto con la mayoría de sus manuscritos eléctricos, en The Scientific Papers of the Honorable Henry Cavendish, FRS (1921). Según la edición de 1911 de Encyclopædia Britannica , entre los descubrimientos de Cavendish se encuentran el concepto de potencial eléctrico (al que llamó "grado de electrificación"), una de las primeras unidades de capacitancia (la de una esfera de una pulgada de diámetro), la fórmula para la capacitancia de un condensador de placa , el concepto de la constante dieléctrica de un material, la relación entre el potencial eléctrico y la corriente (ahora llamada Ley de Ohm ) (1781), leyes para la división de la corriente en circuitos paralelos (ahora atribuida a Charles Wheatstone ), y la ley del inverso del cuadrado de variación de la fuerza eléctrica con la distancia, ahora llamada Ley de Coulomb .

Muerte

Cavendish murió en Clapham el 24 de febrero de 1810 (como uno de los hombres más ricos de Gran Bretaña) y fue enterrado, junto con muchos de sus antepasados, en la iglesia que ahora es la catedral de Derby . El camino en el que solía vivir en Derby lleva su nombre. El Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge fue dotado por uno de los parientes posteriores de Cavendish, William Cavendish, séptimo duque de Devonshire (canciller de la Universidad de 1861 a 1891).

Personalidad y legado

Cavendish heredó dos fortunas que eran tan grandes que Jean Baptiste Biot lo llamó "el más rico de todos los sabios y el más sabio de los ricos". A su muerte, Cavendish era el mayor depositante del Banco de Inglaterra . Era un hombre tímido que se sentía incómodo en la sociedad y lo evitaba cuando podía. Solo podía hablar con una persona a la vez, y solo si la conocía y era hombre. Hablaba poco, siempre vestía un traje pasado de moda y no desarrolló vínculos personales profundos conocidos fuera de su familia. Cavendish era taciturno y solitario y muchos lo consideraban excéntrico. Se comunicaba con sus sirvientas solo mediante notas. Según un relato, a Cavendish le agregaron una escalera trasera a su casa para evitar encontrarse con su ama de llaves, porque era especialmente tímido con las mujeres. Los relatos contemporáneos de su personalidad han llevado a algunos comentaristas modernos, como Oliver Sacks , a especular que tenía el síndrome de Asperger , una forma de autismo .

Su única salida social era el Royal Society Club, cuyos miembros cenaban juntos antes de las reuniones semanales. Cavendish rara vez se perdía estas reuniones y sus contemporáneos lo respetaban profundamente. Sin embargo, su timidez hizo que aquellos que "buscaban sus puntos de vista ... hablaran como si estuvieran vacantes. Si sus comentarios fueran ... dignos, podrían recibir una respuesta entre dientes, pero la mayoría de las veces oirían un chillido molesto (su voz parece haber sido agudo) y girar para encontrar una vacante real y la vista de Cavendish huyendo para encontrar un rincón más pacífico ". Las opiniones religiosas de Cavendish también se consideraron excéntricas para su época. Se le consideró agnóstico . Como comenta su biógrafo, George Wilson, "En cuanto a la religión de Cavendish, él no era nada en absoluto".

La disposición de su residencia reservaba solo una fracción de espacio para la comodidad personal ya que su biblioteca estaba separada, las habitaciones superiores y el césped eran para observación astronómica y su salón era un laboratorio con una fragua en una habitación contigua. También disfrutó coleccionando muebles finos, ejemplificado por la compra de un juego de "diez sillas de madera satinada con incrustaciones con un sofá de patas cabriolé a juego ".

Debido a su comportamiento asocial y reservado, Cavendish a menudo evitaba publicar su trabajo, y muchos de sus hallazgos ni siquiera fueron contados a sus compañeros científicos. A finales del siglo XIX, mucho después de su muerte, James Clerk Maxwell revisó los documentos de Cavendish y encontró observaciones y resultados por los que otros habían recibido crédito. Ejemplos de lo que estaba incluido en descubrimientos o anticipaciones de Cavendish estaban ley de las proporciones recíprocas de Richter , la ley de Ohm , la ley de Dalton de las presiones parciales, los principios de la conductividad eléctrica (incluyendo la ley de Coulomb ), y la ley de Charles de gases. Un manuscrito "Calor", tentativamente fechado entre 1783 y 1790, describe una "teoría mecánica del calor". Hasta ahora desconocido, el manuscrito fue analizado a principios del siglo XXI. El historiador de la ciencia Russell McCormmach propuso que "Heat" es la única obra del siglo XVIII que prefigura la termodinámica . El físico teórico Dietrich Belitz concluyó que en este trabajo Cavendish "entendió la naturaleza del calor esencialmente correctamente".

Mientras Cavendish realizaba su famoso experimento de densidad de la Tierra en una dependencia del jardín de su finca en Clapham Common, sus vecinos señalaban el edificio y les decían a sus hijos que era donde se pesaba el mundo. En honor a los logros de Henry Cavendish y debido a una donación otorgada por el pariente de Henry William Cavendish, séptimo duque de Devonshire, el laboratorio de física de la Universidad de Cambridge fue nombrado Laboratorio Cavendish por James Clerk Maxwell , el primer profesor de física y admirador de Cavendish. del trabajo de Cavendish.

Escritos seleccionados

  • Cavendish, Henry (1921). Artículos científicos . 1 . Cambridge: Cambridge University Press. - editado por James Clerk Maxwell y revisado por Joseph Larmor
  • Cavendish, Henry (1921). Artículos científicos . 2 . Cambridge: Cambridge University Press. - editado por James Clerk Maxwell y revisado por Joseph Larmor
  • Cavendish, Henry (1879). Las investigaciones eléctricas del Honorable Henry Cavendish . Cambridge: Cambridge University Press. Henry Cavendish. - editado por James Clerk Maxwell

Ver también

notas y referencias

Otras lecturas

enlaces externos