En las frías noches estivales de la década de 1950 en Teresópolis, Río de Janeiro, el ingeniero y físico carioca Joaquim da Costa Ribeiro (1906-1960) y sus nueve hijos, acurrucados en cobijas sobre el césped de la casona en donde veraneaban, tenían por costumbre observar el cielo estrellado. “El cielo, como él lo describía poéticamente, era una maravillosa infinitud”, recuerda la antropóloga Yvonne Maggie de Leers Costa Ribeiro, de la Universidad Federal de Río de Janeiro (UFRJ), al evocar cómo su padre les mostraba las constelaciones y les explicaba el origen de sus nombres (lea en Pesquisa FAPESP, edición nº 295).
COSTA RIBEIRO, J. Anais da Academia Brasileira de Ciências. 1945 Aparato fabricado por Da Costa Ribeiro y Luigi Sobrero para medir con precisión los ángulos de reflexión de la luzCOSTA RIBEIRO, J. Anais da Academia Brasileira de Ciências. 1945
Con cartas, fotos y películas, el documental Termodielétrico, estrenado en octubre de 2024, dirigido y narrado por la cineasta Ana Costa Ribeiro, una de sus nietas, repasa la trayectoria personal y científica de su abuelo, el descubridor del fenómeno conocido como efecto termodieléctrico. Esta propiedad, definida como la capacidad que poseen ciertos materiales de generar una corriente eléctrica cuando pasan de un estado físico a otro ‒de sólido a líquido y viceversa‒, fue identificada por primera vez en la cera de carnauba. Como resultado de esta transformación, se produjeron materiales cuya carga eléctrica es permanente denominados electretos, empleados en la fabricación de componentes de aparatos electrónicos.
Da Costa Ribeiro no es tan conocido como otros físicos brasileños de su época, como César Lattes (1924-2005) y Mário Schenberg (1914-1990) (lea en Pesquisa FAPESP, ediciones nº 307 y 340), aunque también hizo su aporte al avance de la investigación científica y a la estructuración de la ciencia nacional. Fue uno de los pioneros del área actualmente denominada física de la materia condensada, que estudia las propiedades de la materia y sus elementos, como los átomos y los electrones, y uno de los fundadores del Centro Brasileño de Investigaciones Físicas (CBPF), en 1949, y del Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq), en 1951, del que fue el primer director científico.
Su linaje materno descendía de antiguos propietarios de ingenios azucareros de Pernambuco. Su padre, natural de Paraíba, pertenecía a la tercera generación de licenciados en Derecho: su abuelo, de quien heredó el nombre, fue juez de segunda instancia. Da Costa Ribeiro ingresó en 1924 a la carrera de ingeniería civil en la Escuela Politécnica de la Universidad de Río de Janeiro, en 1937 rebautizada Universidad de Brasil, y en 1965 por su denominación actual, Universidad Federal de Río de Janeiro (UFRJ). En 1929, poco después de haberse graduado, fue contratado como ayudante de cátedra de física experimental en la misma casa de estudios.
En 1934, Da Costa Ribeiro contrajo matrimonio con la francesa Jacqueline de Leers (1911-1957), quien había emigrado a Brasil en 1917. Para mantener a su familia, además de desempeñar su cargo en la Escuela Politécnica, daba clases en una escuela técnica en la Universidad del Distrito Federal (UDF), disuelta en 1939 cuando se fusionó con la Universidad de Brasil.
Colección Costa Ribeiro – MAST / SILVA FILHO, W. V. Costa Ribeiro. 2013 El croquis del experimento para verificar el efecto termodielétricoColección Costa Ribeiro – MAST / SILVA FILHO, W. V. Costa Ribeiro. 2013
Al principio de su carrera, midió la radiactividad de minerales como la uraninita o pechblenda, en el que la física y química francopolaca Marie Curie (1867-1934) identificó por primera vez un elemento químico radiactivo, el radio. Da Costa Ribeiro introducía las muestras en una cámara de ionización y medía la tensión eléctrica, de la que deducía la corriente de ionización que indicaba el índice de radiactividad del mineral.
En el libro intitulado Costa Ribeiro: Ensino, pesquisa e desenvolvimento da física no Brasil [Costa Ribeiro: enseñanza, investigación y desarrollo de la física en Brasil] (Livraria da Física, 2013), el físico e historiador de la ciencia Wanderley Vitorino da Silva Filho, de la Universidad Federal de Amazonas (Ufam), relata que él realizó adaptaciones al método original y obtuvo mediciones más rápidas y precisas. Da Costa Ribeiro confirmó que la uraninita tenía un alto contenido de radio y de otro elemento químico radiactivo, el uranio, y publicó sus resultados en junio y diciembre de 1940 en la extinta revista Annaes da Academia Brasileira de Sciencias.
Colección Costa Ribeiro – MAST / SILVA FILHO, W. V. Costa Ribeiro. 2013 En la fachada de la Facultad Nacional de Filosofía de la antigua Universidad de Río de Janeiro, a principios de la década de 1940: de izquierda a derecha, Alcântara Gomes, Elisa Frota-Pessoa, Jayme Tiomno, Da Costa Ribeiro, Sobrero, Leopoldo Nachbin, José Leite Lopes y Maurício PeixotoColección Costa Ribeiro – MAST / SILVA FILHO, W. V. Costa Ribeiro. 2013
Hacia finales de la década de 1930, en la UDF y en el Instituto Nacional de Tecnología, el físico alemán Bernhard Gross (1905-2002) buscaba materiales alternativos al caucho para recubrir los cables de telefonía, que se deterioraban fácilmente. Los materiales aislantes tales como el caucho, el vidrio, la cerámica y el plástico se denominan dieléctricos cuando, sometidos a un voltaje eléctrico superior a su límite, se vuelven conductores de la electricidad. Gross trataba de explicar las anomalías en los dieléctricos, como cuando se los utiliza entre dos conductores en condensadores, actualmente más conocidos como capacitores, y regeneran la carga eléctrica incluso después de que ésta se disipa producto de un cortocircuito.
Otra alteración era la formación de electretos, materiales con una carga eléctrica permanente. Un electreto conocido era la cera de carnauba, producida en forma de polvo extraído de una palmera originaria del nordeste brasileño. En el decenio de 1920, físicos japoneses obtuvieron electretos aplicando una carga eléctrica a la cera de carnauba cuando ésta se solidificaba. Gross quería saber si la formación de electretos estaba asociada a la variación de la temperatura y realizaba experimentos con esta cera en capacitores cargados eléctricamente previamente calentados. Más adelante, en las décadas de 1960 y 1970, contribuyó decisivamente al desarrollo del micrófono de electretos, uno de los dos tipos de micrófonos utilizados en los teléfonos celulares.
En 1943, Da Costa Ribeiro comenzó a investigar el papel de la radiactividad en este fenómeno. Para su sorpresa, descubrió que las muestras de cera de carnauba mezcladas con elementos radiactivos presentaban el mismo nivel de carga eléctrica que las muestras puras. Se dio cuenta de que no era necesario aplicar allí un campo eléctrico exterior para producir un electreto. “Derritió la cera, la dejó solidificar nuevamente y constató que había quedado muy cargada eléctricamente”, dice Silva Filho. Intrigado por el origen de aquella carga, decidió medir la tensión de la cera durante su solidificación. El instrumento registró una corriente eléctrica. “Entonces hizo lo contrario: derritió la cera y, mientras ésta se licuaba, midió la corriente eléctrica, que una vez más fue detectada”, explica el físico de la Ufam. Da Costa Ribeiro repitió el proceso con otros dieléctricos, como la parafina y el naftaleno (o naftalina), ambos derivados del petróleo, y la colofonia, extraída de los pinos, y volvió a observar la aparición de una corriente eléctrica durante el cambio de estado.
Colección Costa Ribeiro – MAST / SILVA FILHO, W. V. Costa Ribeiro. 2013 Da Costa Ribeiro observando las propiedades de los materiales dieléctricosColección Costa Ribeiro – MAST / SILVA FILHO, W. V. Costa Ribeiro. 2013
“Sérgio [Mascarenhas, 1928-2021] y yo ayudábamos a Da Costa Ribeiro a realizar las mediciones, sin beca ni sueldo”, relata la física Yvonne Mascarenhas, profesora jubilada del Instituto de Física de São Carlos de la Universidad de São Paulo (IFSC-USP) y primera esposa de Sérgio, también físico (lea en Pesquisa FAPESP, ediciones nº 258 y 305). “Toda medición requería la presencia de alguien que observara la escala y tomara apuntes. En la realización de un experimento participaban dos o tres personas. Aprendí mucho conversando con él, una persona siempre muy atenta.”
Los experimentos revelaron relaciones físicas fundamentales en los materiales dieléctricos. Se demostró que la intensidad de la corriente eléctrica es proporcional a la velocidad del cambio de estado: cuanto más veloz, mayor es la carga eléctrica, que también es proporcional a la cantidad de material que pasa de un estado a otro. Asimismo, este fenómeno es reversible, es decir, la carga que surge durante la fusión tiene la misma intensidad que la que aparece durante la solidificación. Debido a la relación entre el calor y la carga eléctrica en los dieléctricos, Da Costa Ribeiro llamó a este fenómeno termodieléctrico y lo presentó en la Academia Brasileña de Ciencias (ABC) en 1944. Los resultados completos llegaron en la tesis titulada “Sobre el fenómeno termodieléctrico”, que defendió en 1945 para hacerse cargo de la cátedra de física en la, por entonces, Universidad de Brasil.
Orgullosos del primer fenómeno físico enteramente descubierto y descrito por un brasileño en Brasil, los miembros de la ABC resolvieron bautizarlo efecto Costa Ribeiro y el nombre se impuso prendió nacionalmente. Si bien presentó sus trabajos en París, en la Universidad de La Sorbona, y despertó el interés del gigante petrolero Shell, Da Costa Ribeiro concentró sus publicaciones en revistas científicas de Brasil. Eso acaso pesó en la controversia que se suscitó en mayo de 1950, cuando dos físicos estadounidenses, Everly Workman (1899-1982) y Stephen Reynolds (1916-1990), ambos de la Escuela de Minas de Nuevo México, en Estados Unidos, publicaron un artículo en la revista Physical Review describiendo el surgimiento de cargas eléctricas durante el congelamiento del agua con impurezas, lo que explicaría la electricidad en la atmósfera. Bajo la protesta de los científicos brasileños, el fenómeno se hizo conocido en EE. UU. como efecto Workman-Reynolds. En los años 1950 también circuló una propuesta estadounidense para denominarlo efecto Workman-Reynolds-Ribeiro, pero no prosperó. Excepto en Estados Unidos, el nombre más utilizado en la actualidad es termodieléctrico, como quería el propio Da Costa Ribeiro.
CLEARQ-Unicamp, Archivo Joaquim da Costa Ribeiro
Con una reputación académica consolidada, Da Costa Ribeiro presionó a favor de políticas públicas de fomento de la ciencia. A finales de la década de 1940, junto con Lattes y otras figuras de peso, encabezó un movimiento para la creación de una agencia de financiación de la investigación científica. “Durante dos años presionaron al gobierno para que creara el CNPq, hasta que tuvieron éxito”, comenta el físico Sergio Machado Rezende, de la Universidad Federal de Pernambuco (UFPE) y ministro de Ciencia y Tecnología entre 2005 y 2010.
A lo largo de la década de 1950, Da Costa Ribeiro fue miembro de la Comisión Nacional de Energía Nuclear (CNEN) y representó a Brasil en los debates sobre el control del uso pacífico de la energía atómica, incluyendo sus aplicaciones pacíficas, en el marco de la Organización de las Naciones Unidas (ONU) en París y Ginebra. En 1955, en Washington, participó en la elaboración del estatuto de la Agencia Internacional de Energía Atómica, con la mira puesta en supervisar el uso de la energía nuclear. En 1959, formó parte de este mismo organismo en Viena. Algunos fragmentos de esos viajes figuran en el documental Termodielétrico, disponible para su visualización.
CLEARQ-Unicamp, Archivo Joaquim da Costa Ribeiro Getúlio Vargas recibe al Almirante Álvaro Alberto, presidente del CNPq (a la der.), y Da Costa Ribeiro, su director científico, en 1953CLEARQ-Unicamp, Archivo Joaquim da Costa Ribeiro
La autora del documental, Ana Costa Ribeiro, no llegó a conocer a su abuelo personalmente. Comenzó a investigar sobre él cuando guardaba luto por el fallecimiento de su padre, el químico Carlos Costa Ribeiro (1939-2015). En la filmación, relata el descubrimiento de una colección con obras de su abuelo en el Museo de Astronomía y Ciencias Afines (Mast): “Lo que encontré allí fueron mucho más que investigaciones científicas. Hallé una curiosidad infinita, alguien que indaga acerca de todas las cosas que nos rodean, que las observa sin jerarquías.”
En comunicación con Pesquisa FAPESP, ella recordó una anécdota pintoresca: para servir la mesa de la numerosa familia, uno de sus tíos, el físico Paulo da Costa Ribeiro (1940-2023), inventó un trencito que circulaba alrededor de la mesa llevando las fuentes con la comida.
Colección Costa Ribeiro – MAST / SILVA FILHO, W. V. Costa Ribeiro. 2013 En representación de Brasil, durante una conferencia de las Naciones Unidas celebrada en diciembre de 1954 en MontevideoColección Costa Ribeiro – MAST / SILVA FILHO, W. V. Costa Ribeiro. 2013
Da Costa Ribeiro estimulaba la curiosidad y el encanto en sus hijos con experimentos sencillos. “En una habitación a oscuras, abría una rendija de la persiana y dejaba entrar un haz de luz, que incidía sobre un diamante y dejaba el cuarto totalmente iluminado con una miríada de arcos iris”, recuerda Yvonne Maggie. No le quedaron grabadas las explicaciones, pero sí algo que quizá sea más importante: “Lo que me quedó grabado es el misterio, las preguntas”. Casi todos los hijos fueron alfabetizados por su propia madre y adquirieron gusto por la investigación.
El legado de Da Costa Ribeiro traspasó generaciones. Sérgio Mascarenhas, uno de sus alumnos, creó un centro de física de la materia condensada, el IFSC-USP, para estudiar el efecto termodieléctrico. A su vez, Rezende, discípulo de Mascarenhas, creó otro centro de investigación en esta área en la Universidad Federal de Pernambuco en Recife.
Este artículo salió publicado con el título “Fuentes de electricidad” en la edición impresa n° 350 de abril de 2025.
Artículos científicos
LEAL FERREIRA, G. F. Há 50 anos: O efeito Costa Ribeiro. Revista Brasileira de Ensino de Física. v. 22, n. 3, p. 434-43. sep. 2000.
WORKMAN, E. J. y REYNOLDS, S. E. Electrical phenomena occurring during the freezing of dilute aqueous solutions and their possible relationship to thunderstorm electricity. Physical Review. v. 78, n. 254, p. 254-59. 1º mayo 1950.
Libro
SILVA FILHO, W. V. Costa Ribeiro: Ensino, pesquisa e desenvolvimento da física no Brasil. Campina Grande: EDUEPB. São Paulo: Livraria da Física, 2013, p. 266-69.
