7.2: Negro de Carbono- De la Copia a la Comunicación

Es una falacia comúnmente sostenida que James Watt (Figura\(\PageIndex{1}\)) fuera el inventor de la máquina de vapor. Este honor en realidad pertenece a Thomas Newcomen (Figura\(\PageIndex{2}\)). El logro real de Watt fue mejorar el diseño de Newcomen de una bomba de vapor. Mientras Watt trabajaba en el taller de reparaciones de la Universidad de Glasgow estaba arreglando una bomba Newcomen cuando desarrolló varias mejoras clave en el diseño original.

Figura\(\PageIndex{1}\): Inventor e ingeniero mecánico escocés James Watt FRS (1736 —1819).

Figura\(\PageIndex{2}\): Herrería inglesa e inventor de la máquina de vapor Thomas Newcomen (1664 - 1729).

La razón del éxito de Watt fue que Gran Bretaña estaba atravesando un gran auge industrial y necesitaba cantidades significativas de materia prima, incluido el carbón. Muchas de las minas de carbón, especialmente las de Devon eran propensas a las inundaciones. Desafortunadamente, el motor de Newcomen (que en realidad era una bomba de vapor) no podía bombear el agua lo suficientemente rápido, mientras que el motor de Watt era lo suficientemente potente como para drenar las minas. En consecuencia, la carrera de Watt como fabricante quedó asegurada. No obstante, Watt no vio todo el potencial de su invención, esto quedó en manos de un empleado suyo, William Murdock (Figura\(\PageIndex{3}\)), cuya invención del engranaje para permitir que la máquina de vapor se utilizara para alimentar maquinaria.

Figura\(\PageIndex{3}\): Ingeniero e inventor escocés William Murdock (1754 - 1839).

¡Un resultado que Watt encontró de su creciente negocio fue un aumento en el papeleo! Mientras vivía en Redruth, Cornualles, cerca de donde estaban situadas muchas de las minas, le dijo a un amigo que estaba teniendo “dificultades excesivas para encontrar empleados directivos inteligentes”. En 1780 Watt resolvió sus problemas de papeleo inventando el primer método de hacer copias. Este fue el tema de una Patente titulada “Un nuevo método de copiar cartas y escribir expeditamente”. La invención de Watt implicó hacer tinta con goma arábiga y negro de carbón.

Nota

La goma arábiga, también conocida como goma de acacia, es una goma natural hecha de la savia endurecida tomada de dos especies del árbol de acacia; acacia senegal y acacia seyal. El negro de carbón es una forma de carbono amorfo que tiene una alta relación de superficie a volumen, comúnmente se produce por la combustión incompleta de productos pesados del petróleo como el alquitrán de hulla.

La tinta de Watt permanecería húmeda durante 24 horas. Escribir con la tinta y luego presionar el resultado contra otra hoja de papel creó una copia. Inicialmente hubo una gran resistencia al papel de copia. En particular los bancos creían que esta forma de copia podría resultar en falsificaciones. No obstante, al final de su primer año a la venta, Watt vendió más de 200 ejemplos. El verdadero impulso comercial se produjo después de que Watt demostrara su proceso ante la Cámara del Parlamento. La consternación resultante entre los diputados hizo que tuvieran que recordarse que ¡el Parlamento todavía estaba en sesión! Para 1785 los ejemplares eran de uso general, sin embargo, Cyrus P. Dalkin hizo el mayor avance en 1823. Mediante el uso de una mezcla de negro de humo y cera de parafina caliente se recubrió el dorso de un trozo de papel. El negro de humo se transfirió a otro trozo de papel debajo por la presión de la pluma. Dalkin había creado copias al carbón. Tanto Ralph Wedgwood en Inglaterra como Pellegrino Turri en Italia habían desarrollado formas de papel carbón entre 1806 y 1808, pero era la versión de Dalkin del papel de copia al carbón la que encontró uso.

Figura\(\PageIndex{4}\): Papel carbón moderno.

Al principio casi no había mercado para este nuevo papel de copia al carbón, hasta que en 1868 cuando el estadounidense Lebbeus Rogers estaba platicando parte en un ascenso en globo. Rogers era dueño de empresas de galletas y frutería, y se intrigó cuando un reportero de Associated Press que lo entrevistaba usó el papel carbón de Dalkin. Rogers renunció a su negocio de galletas y fundó una firma para vender papel carbón. En 1873 platicó con E. Remington and Sons, el fabricante de máquinas de escribir, y fue esta aplicación la que creó un éxito en el negocio del papel carbón.

Nota

El término “CC” comúnmente utilizado en los programas de correo electrónico hoy en día creció a partir del uso de papel carbón y significa copia al carbón.

Curiosamente, el negro de carbón todavía se usa hoy en día en las fotocopiadoras e impresoras láser modernas. Uno de los atributos que permiten su uso es la capacidad de que las partículas de negro de humo se carguen. Esto se relaciona con otra aplicación del negro de humo en las primeras comunicaciones: su capacidad para conducir electricidad, y los cambios que ocurren en función de la presión externa.

Si bien Alexander Graham Bell fue el primero en recibir una patente estadounidense para el teléfono eléctrico en marzo de 1876, fue una invención de Thomas Edison (Figura\(\PageIndex{5}\)) que aportó mejoras significativas. Los primeros teléfonos dependían de un diafragma metálico que estaba unido a un electroimán. Hablar en el diafragma metálico provocó su vibración, que en charn vibró lo electromagnético y de ahí creó una corriente. Desafortunadamente, la corriente era muy baja y la claridad posterior fue pobre. Entre 1877 y 1878 Edison investigó métodos para mejorar la claridad de la señal. El desarrollo clave fue el micrófono de carbono (Figura\(\PageIndex{6}\)).

Figura\(\PageIndex{5}\): Inventor, científico y empresario estadounidense Thomas Alva Edison (1847 —1931).

Figura\(\PageIndex{6}\): Un esquema de un micrófono simple de “botón” de carbono.

El micrófono de carbono, también conocido como micrófono de botón de carbono que consta de dos placas metálicas separadas por gránulos de carbono. Una placa mira hacia afuera y actúa como diafragma. Cuando las ondas sonoras golpean esta placa, la presión sobre los gránulos cambia, lo que a su vez cambia la resistencia eléctrica entre las placas. Se pasa una corriente continua de una placa a otra, y la resistencia cambiante da como resultado una corriente cambiante, que puede pasar a través de un sistema telefónico. El micrófono de carbono se utilizó en todos los teléfonos hasta la década de 1980.

Fue uno de los investigadores de Edison, Edward Acheson (Figura\(\PageIndex{7}\)) cuyo descubrimiento permitió la extensión de la comunicación a escala global. Al intentar hacer diamantes artificiales, Acheson comenzó a mezclar arcilla y coque (carbono) a temperaturas muy altas. En un horno eléctrico a altas temperaturas encontró cristales hexagonales de carburo de silicio (SiC) unidos al electrodo de carbono. Llamó a este material carborundo. Cuando, por error, sobrecalentó la mezcla a 4150 °C encontró que el silicio se evaporó (punto de ebullición 3265 °C) dejando carbono puro y altamente cristalino: el grafito.

Figura\(\PageIndex{7}\): El químico estadounidense Edward Goodrich Acheson (1856 — 1931).

El grafito es un mineral natural normalmente asociado con otros minerales, aunque se descubrió un enorme depósito de grafito en Cumbria, Inglaterra, ¡que los lugareños encontraron muy útil para marcar ovejas! El grafito fue nombrado por Abraham Werner (Figura\(\PageIndex{8}\)) en 1789 del griego graphein que significa dibujar/escribir debido a su uso en lápices. Sin embargo, su uso fue limitado debido al costo. La capacidad de fabricar grafito de alta pureza resultó en su uso en electrodos, cepillos de dinamo y baterías. La aplicación más aterradora del grafito fue consecuencia de un problema material asociado con el cohete V-2 construido por Alemania durante la Segunda Guerra Mundial.

Figura\(\PageIndex{8}\): Geólogo alemán Abraham Gottlob Werner (1749 —1817).

Los cohetes V-2 o Vergeltungswaffen-2 (arma de venganza 2) tenían 47 pies de largo y alcanzaron 3,600 mph con una altitud de 300,000 pies (Figura\(\PageIndex{9}\)). Para controlar la dirección de vuelo el V-2 fue guiado por cuatro timones externos en las aletas de cola, y cuatro paletas internas a la salida del chorro (Figura\(\PageIndex{10}\)). Estas paletas estaban hechas de grafito, siendo éste el único material que sobreviviría a las temperaturas extremas.

Figura\(\PageIndex{9}\): Un cohete V-2 en el Museo Peenemünde.

Figura\(\PageIndex{10}\): Vista del cohete V-2 mostrando las paletas de grafito para control direccional.

Por supuesto que fue resultado de los mismos científicos alemanes que trabajaron en el V-2, trabajando para la NASA, los que permitieron que cohetes de suficiente potencia pudieran escapar de la atracción gravitacional de la Tierra y enviar al hombre a la luna, y posicionar a muchos de los satélites que ahora son vitales para la comunicación global.