Cómo construir una pila eléctrica en casa?: ¡FUNCIONA! (PR-11)

M.A. GómezEl rincón de la Ciencia   nº 11, Abril 2001

Una pila es un dispositivo que permite obtener una corriente eléctrica a partir de una reacción química. En esta experiencia te vamos a enseñar a construir una pila casera que, además, funciona.

Material que vas a necesitar:

Un vaso Una botella de vinagre Un trozo de tubería de cobre (de las que se usan para las

conducciones de agua) Un sacapuntas o afilalápices metálico Cables eléctricos Un aparato que vamos a hacer funcionar con la pila. Se

obtienen buenos resultados con los dispositivos musicales que llevan algunas tarjetas de felicitación. También puede servir un reloj despertador de los que funcionan con pilas.

¿Cómo construir la pila?

Toda pila consta de dos electrodos (generalmente dos metales) y un electrolito (una sustancia que conduce la corriente eléctrica). En este caso vamos a utilizar como electrodos los metales cobre y magnesio. En concreto, vamos a utilizar una tubería de cobre y un sacapuntas, cuyo cuerpo metálico contiene magnesio. Como electrolito vamos a utilizar vinagre.

Construir la pila es muy sencillo sólo tienes que introducir los electrodos en el interior del vinagre contenido en un vaso y unir un cable a cada uno de ellos (tal

como muestra la figura).

Debes tener cuidado de que la tubería de cobre se encuentre bien limpia. Para limpiarla puedes frotarla con un papel de lija.

¿Cómo hacer que funcione?

Para hacerla funcionar sólo tienes que unir los dos cables que salen de los electrodos a un aparato que funcione con pilas. El problema es que esta pila proporciona una intensidad de corriente muy baja, debido a que tiene una alta resistencia interna, por ello no siempre vas a conseguir que funcione. Tienes que elegir el dispositivo adecuado: un aparato que requiera una potencia muy pequeña. Por ejemplo:

Un dispositivo de los que tocan una canción en los juguetes para bebés o de los que llevan incorporado algunas tarjetas de felicitación (musicales)

Un reloj a pilas (sirve un despertador)

Sólo tienes que unir los cables de la pila a los dos polos del portapilas del aparato. Pero no olvides que hay que buscar cuál es la polaridad correcta, sino puede que el aparato no funcione.

NOTA: Mientras no se utilice, hay que tener el sacapuntas fuera del vinagre para evitar que reaccionen. Observarás que cuando entran en contacto, el magnesio del sacapuntas reacciona con el ácido del vinagre y se desprenden numerosas burbujas. Se trata de gas hidrógeno.

Sigue experimentando

Puedes intentar hacer funcionar otros aparatos con esta pila. Probablemente lo consigas con un pequeño motor eléctrico.

También puedes intentar construir otras pilas utilizando otros metales y otros electrolitos. El problema que vas a encontrar es que la intensidad que obtienes es muy baja y te va a resultar difícil hacer funcionar los aparatos. Pero, si tienes un polímetro (aparato para medir intensidades y diferencias de potencial eléctricas) a mano podrás detectar la corriente obtenida.

Cómo fabricar una pila 5 / 5

Con un limón, una placa de cinc y otra de cobre puedes fabricar una pila.Suministra muy pocos electrones (microamperios) y no son suficientes para encender una bombilla.

Pero si los acumulas durante una hora en un condensador lo cargan, y al descargarse a través de una bombilla ésta se ilumina.

Cuanto mayor es el tamaño de las placas de cinc y de cobre sumergidas en el limón, mayor es la superficie atacada por el ácido, más electrones se producen y mayor es la intensidad..El voltaje que suministra depende del tipo de metal de las placas y no varía aunque las placas sean más grandes.Para estas placas de Zn y Cu el voltaje es de 1 voltio.

ÁCIDOEspecie química que libera iones hidrógeno, H+. (Definición de Löwry- Brönsted, que en este respecto coincide con la definición clásica de Arrhenius).

ACUMULADORCualquier elemento productor de energía eléctrica basado en una/s pila/s secundaria/s (acumulador equivale a recargable).

AMPERE Es la intensidad de una corriente eléctrica constante que, mantenida en dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de sección circular despreciable y colocados en el vacío a una distancia de un metro uno de otro, produce entre estos dos conductores una fuerza igual a 2 x 10-7 Newton por metro de longitud. ÁCIDOEspecie química que libera iones hidrógeno, H+. (Definición de Löwry- Brönsted, que en este respecto coincide con la definición clásica de Arrhenius).

ACUMULADORCualquier elemento productor de energía eléctrica basado en una/s pila/s secundaria/s (acumulador equivale a recargable).

AMPERE Es la intensidad de una corriente eléctrica constante que, mantenida en dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de sección circular despreciable y colocados en el vacío a una distancia de un metro uno de otro, produce entre estos dos conductores una fuerza igual a 2 x 10-7 Newton por metro de longitud.

ANIÓNIon que posee carga negativa.

ANODO Electrodo en el que tiene lugar la oxidación en una celda electroquímica.

ATOMOS Las partículas más pequeñas que poseen las propiedades de un elemento; toda la materia está compuesta de átomos.

AVOGADRO,LEY DE Volúmenes iguales de gases a la misma temperatura y presión contienen el mismo número de moléculas.

BASE Especie química que capta iones hidrógeno, H+. (Definición de Löwry- Brönsted).

BATERIA Unidad productora de energía eléctrica constituida por varias pilas.

BOYLE, LEY DE A presión constante, el producto de la presión y el volumen de una muestra dada de gas es constante.

CAPA DE VALENCIANivel de energía de un átomo que determina sus propiedades químicas, en particular la formación de enlaces.

CATALIZADORSustancia que acelera una reacción química pero no sufre cambios.

CATIÓNIon que posee carga positiva.

CÁTODOEn una celda electroquímica, el electrodo en el que tiene lugar la reducción.

CELDA ELECTROQUÍMICADispositivo para llevar a cabo una electrólisis o producir electricidad por medio de una reacción química.

CELDA VOLTAICACelda electroquímica en la que se emplea una reacción química espontánea para producir electricidad.

COMPUESTO COVALENTE Compuesto que contiene sólo enlaces covalentes.

COMPUESTO IÓNICO Sustancia compuesta por iones.

CONCENTRACIÓNCantidad de soluto disuelto en una cantidad específica de disolvente o disolución.

CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICACapacidad para conducir una corriente eléctrica.

CONDUCTORMaterial que permite que la electricidad fluya

CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA Distribución de los electrones en los diversos niveles energéticos de un átomo, ión o molécula.

COULOMBEs la cantidad de electricidad transportada en 1 segundo por una corriente de 1 ampere.

CHARLES, LEY DE A presión constante, el volumen de una muestra dada de gas es directamente proporcional a la temperatura kelvin.

CORRIENTE Flujo de electrones.

DENSIDADLa masa por unidad de volumen de un material dado.

DISOLUCIÓN AMORTIGUADORASolución que contiene un ácido o base débil y una de sus sales, que tiene la propiedad de mantener el pH dentro de un estrecho rango cuando se le adicionan cantidades discretas de ácidos o bases. Se les llama también disoluciones “buffer” o tampón.

ECUACIÓN IÓNICA NETAEcuación que muestra solamente las sustancias químicas que participan en una reacción en la que intervienen iones en disolución acuosa.

ECUACIÓN QUÍMICACombinación de fórmulas químicas que representa lo que ocurre en una reacción química, por ejemplo, 2 H2(g) + 02(g) = 2H20(g).

ELECTROAFINIDADEs la energía asociada a la captación de un electrón por la capa de valencia de un átomo. Se le asigna arbitrariamente un signo algebraico contrario al convencional.

ELECTRODOSDos tiras de metal o de otros conductores, que actúan como contactos entre la disolución o la sal fundida y el circuito externo en una celda electroquímica; la reacción tiene lugar en ambos electrodos.

ELECTRÓFILOEspecie que presenta alguna deficiencia de electrones o que tiene carga positiva y que se enlaza a átomos, particularmente carbono, en especies de alta densidad de carga electrónica o con carga negativa.

ELECTROLITOEl electrolito de una pila puede ser un líquido o una pasta en el primer caso, la cera se llama a menudo pila húmeda. Las pilas en la que el electrolito es una pasta se denomina pilas secas.

ELECTRÓN Partícula con carga negativa, presente en todos los átomos. Partícula fundamental de la materia, tiene una carga negativa de 1,602176462 × 10-19 culombios ± 0,000000063 × 10-19 culombios y una masa de 9,10938188 × 10-31 kg ± 0,00000072 × 10-31 kg.

ELECTRONEGATIVIDADCapacidad de un átomo, en una molécula, para atraer los electrones hacia sí.

ELECTRÓLISIS Uso de la energía eléctrica para hacer que ocurra una reacción de oxidación- reducción no espontánea.

ELEMENTOS Sustancias químicas fundamentales, de las cuales están formadas todas las demás sustancias.

ENERGÍA CINÉTICAEnergía asociada al movimiento de un objeto.

ENERGÍA DE ACTIVACIÓNEnergía mínima requerida para la colisión fructífera de partículas de reactivos en una reacción química.

ENERGÍA DE ENLACEEnergía necesaria para romper un enlace. Por lo general se refiere a 1 mol de enlaces y se expresa en kJ • mol–1.

ENERGÍA DE IONIZACIÓNEnergía necesaria para desprender un electrón de un átomo aislado, al estado gaseoso. Corresponde a la energía involucrada en el proceso:M M+ + e–

ENLACE COVALENTEFuerza que mantiene muy unidos dos átomos, y que se presenta cuando dichos átomos comparten uno o más pares de electrones.

ENLACE IÓNICOAtracción entre iones con carga opuesta en un compuesto iónico.

ENLACE METÁLICOEnlace formado por elementos metálicos, que es fuertemente deslocalizado.

ENLACE QUÍMICOFuerza que mantiene unidos los átomos o iones en los compuestos químicos.

ESTADOLa forma (gas, líquido o sólido) en la que se halla la materia.

ESTADO GASEOSOEstado de la materia que no posee volumen o forma fijos.

ESTADO O NÚMERO DE OXIDACIÓNSe define formalmente, para un átomo en un compuesto binario, como el número de electrones que gana o pierde dicho átomo para formar un compuesto.

ESTEQUIOMETRÍA Proporción en que los elementos o compuestos reaccionan entre sí.

ESTRUCTURA DE LEWISRepresentación de los electrones de la capa de valencia de un átomo mediante puntos. Los enlaces covalentes simples entre dos átomos se representan por un par de puntos o por un trazo, los enlaces dobles por dos pares de puntos o por dos trazos y así sucesivamente.

EXOTÉRMICO Proceso que libera energía.

ENERGÍA INTERNAComprende todas las formas de energía de un sistema y se compone de las energías propias de las partículas y de sus interacciones.

ESTADO O NÚMERO DE OXIDACIÓNSe define formalmente, para un átomo en un compuesto binario, como el número de electrones que gana o pierde dicho átomo para formar un compuesto.

ESTEREOQUÍMICA Representación de una molécula en el espacio tridimensional, de modo que refleja la real ubicación de sus átomos o grupos atómicos.

FAMILIA (TABLA PERIÓDICA) Columna vertical de elementos en la tabla periódica; también llamada grupo; los miembros de una familia tienen propiedades similares.

FÓRMULA DE ELECTRÓN-PUNTOFórmula de una sustancia, en la que puntos que representan los electrones exteriores de cada átomo muestran los pares electrónicos compartidos entre átomos.

FÓRMULA ESTRUCTURALFórmula química que muestra el arreglo de los átomos y los enlaces covalentes en una molécula.

FÓRMULA QUÍMICA Combinación de símbolos que representa los elementos presentes en una sustancia, y en la que los subíndices muestran el número de átomos de cada elemento; por ejemplo, la fórmula del amoniaco es NH3.

GAS NOBLE Elemento del grupo 18, He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn. Los gases nobles se caracterizan por sus niveles “np” completos (a excepción del He que completala capa 1s) y son elementos de escasa, pero no nula, reactividad química. Por ello no se deben denominar “gases inertes”.

GRUPO FUNCIONAL Conjunto de átomos enlazados de una determinada manera, que caracteriza el comportamiento físico-químico de las moléculas que lo contienen. Ejemplos típicos son los grupos funcionales ácido carboxílico, - C(O)OH, alcohol, -OH, y éster, - C(O)O-R.

GRUPO (TABLA PERIÓDICA) (Ver familia).

HIBRIDACIÓN Combinación algebraica de orbitales atómicos de energía similar, para generar un número equivalente de orbitales “mezclados” o “híbridos”.

HIDRATACIÓNFenómeno por el cual un ión o molécula se rodea de moléculas de agua. Para el caso general de cualquier disolvente el proceso se denomina solvatación.

INDICADOR ÁCIDO-BASESustancia que manifiesta un cambio (por lo general de color) a determinado valor de la concentración de iones H+ en la disolución.

ION Átomo o grupo de átomos que ha quedado cargado eléctricamente al perder o ganar electrones.

ION MONOATÓMICOEspecie eléctricamente cargada que consiste de sólo un átomo.

ION POLIATÓMICO Especie eléctricamente cargada consistente de dos o más átomos.ISÓMEROS GEOMÉTRICOS Moléculas con idéntico número de átomos y enlaces, pero con diferente distribución espacial.

ISÓTOPOS Átomos del mismo elemento pero con distinto número de neutrones.

IRREVERSIBILIDADEn un sentido no riguroso2 alude a la calidad de procesos (irreversibles) en un sistema que ocurren cuando se alteran las condiciones del entorno, en una dirección pero no en dirección contraria.

LLUVIA ÁCIDAPrecipitación de agua ácida desde las nubes, por formación de ácido sulfúrico y nítrico en la atmósfera.

MASA ATÓMICA La masa de un átomo.

MASA MOLAR Masa (por lo general en gramos) de un mol de una sustancia.

MATERIA Lo que tiene masa y ocupa lugar en el espacio.

MEDIA CELDAMetal (u otro material que actúa como electrodo) y la disolución de sus iones que lo rodea en una celda voltaica.

MOL Cantidad de una sustancia o especie química igual a 6.02 x 1023 unidades, las cuales pueden ser átomos, moléculas, unidades de fórmula, electrones u otras entidades específicas.

MOLÉCULA Partícula más pequeña de una sustancia química que conserva sus covalentes.

MECANISMO DE REACCIÓN Descripción de una secuencia de eventos que se postula que ocurren a nivel molecular cuando los reactantes se transforman en productos.

MÉTODO DEL ION ELECTRÓNProcedimiento de igualación que se aplica primero, independientemente, a las ecuaciones de las semi-reacciones de oxidación y de reducción. En una segunda etapa éstas se relacionan para representar la reacción completa de óxido-reducción (o redox), cuidando que el número de electrones cedidos en la semirreacción de oxidación sea igual al número de electrones aceptados en la reducción.

METALESElementos de brillo característico, que conducen bien la corriente eléctrica y el calor.

METALOIDEElemento con propiedades intermedias a las de los metales y los no metales. Su conductividad eléctrica aumenta al elevar la temperatura.

MÉTODO DEL ION ELECTRÓNProcedimiento de igualación que se aplica primero, independientemente, a las Ecuaciones de las semi-reacciones de oxidación y de reducción.En una segunda etapa éstas se relacionan para representar la reacción Completa de óxido-reducción (o redox), cuidando que el número de electrones cedidos en la semirreacción de oxidación sea igual al número de electrones aceptados en la reducción.

MODELO PLANETARIO Modelo que describía al átomo como un diminuto sistema solar, en el que los electrones giraban alrededor del núcleo de manera análoga a como lo hacen los planetas alrededor del sol. Este modelo fue superado ya que no corresponde a una realidad física.

MOLALIDADUnidad de concentración de disoluciones que se define como el número de moles de soluto disuelto en 1 kilogramo de solvente.

MOLARIDADUnidad de concentración definida por el número de moles de soluto o de especies iónicas en 1 litro de solución.

NEUTRÓN Partícula neutra presente en los núcleos de la mayoría de los átomos. Localizada en el núcleo atómico de todos los átomos excepto el hidrógeno. Los neutrones no tienen carga eléctrica pero poseen una masa de 1,008665 uma

NO METAL Elemento que es mal conductor del calor y de la electricidad.

NÚMERO ATÓMICOEl número de protones de un átomo; permite distinguir los átomos de distintos elementos.

NÚMERO DE MASASuma del número de protones y neutrones en un átomo de un isótopo especifico.

NUCLEÓFILOEspecie que presenta un par electrónico no compartido o con carga negativa, que específicamente ataca a un átomo, generalmente de carbono, de una molécula que exhibe baja densidad de carga electrónica o carga positiva.

NÚMERO DE AVOGADRO 6,0223 • 1023. Es el número de partículas en 1 mol.

ORBITALSe puede definir como una región del espacio alrededor del núcleo atómico que puede estar ocupada por 1 ó 2 electrones. (Esta no es una definición rigurosa, ya que el orbital es una función matemática o función de onda característica, que es solución de la ecuación de ondas de Schrödinger. Para el caso de un átomo se designan como orbitales atómicos, mientras que en las moléculas se conocen con el nombre de orbitales moleculares).

OSMOSISPaso de moléculas de solvente a través de una membrana semipermeable, que se manifiesta por un flujo neto de solvente desde una solución diluida o desde el solvente puro hacia una solución más concentrada.

OSMOSIS INVERSA Es el fenómeno inverso al espontáneo de osmosis y se logra aplicando una presión a una solución concentrada de modo que moléculas de solvente pasen a través de una membrana semipermeable hacia otra solución más diluida o hacia el solvente puro.

OXIDOSCompuestos químico formados por oxígeno y otros elemento.

OXIDACIÓNProceso que involucra, formalmente, la cesión de uno o más electrones por parte de un átomo (o un grupo de átomos). Se dice que éste (o éstos) se oxida(n).

PERÍODOS (TABLA PERIÓDICA) Filas horizontales de elementos en la tabla periódica.

pHSe define como el valor negativo del exponente de la concentración molar de iones H+ de una disolución, expresada en base 10.

PILAS PRIMARIASPila basada en una reacción química irreversible, y por lo tanto, no recargable (posee un sólo ciclo de vida).

PILAS SECUNDARIASPila basada en una reacción química reversible y, por lo tanto, recargable. Se pueden regenerar sus elementos activos pasando una corriente eléctrica en sentido contrario al de descarga. Posee ciclos de vida múltiples.

PRECISIÓN Grado de concordancia obtenido en la realización de varias mediciones de una misma cantidad.

POLARIDAD DE ENLACE Propiedad permanente de un enlace la que se manifiesta por una separación parcial de carga eléctrica determinada por la diferente electronegatividad de los átomos unidos.

PRINCIPIO DE CONSTITUCIÓN DE BOHREstablece que en la construcción de la estructura electrónica de un átomo los electrones ocupan primero los niveles inferiores de menor energía y, sucesivamente, a medida que éstos se van completando, los niveles superiores de mayor energía. Se le llama también principio de “Aufbau”.

PRINCIPIO DE EXCLUSIÓN DE PAULI Los electrones siempre ocupan un orbital con espin opuesto, de modo que éste jamás puede ser ocupado por más de dos electrones. (Ello debido a que el número de espin asociado al electrón tiene sólo dos valores posibles y un tercer electrón tendría, necesariamente, su número de espin igual al de alguno de los otros dos).

PRINCIPIO DE MÁXIMA, MULTIPLICIDAD DE HUNDPrincipio que establece que los electrones en un átomo ocupan varios niveles de idéntica energía de modo tal que su número de espin total, comprendido como la suma de los números de espin de los electrones individuales, es máximo.

PROBABILIDADCociente entre el número de eventos favorables a un determinado suceso y el número total de eventos que pueden ocurrir.

PRODUCTOSustancia que se forma en una reacción química.

PRODUCTO IÓNICO DEL AGUAProducto de las concentraciones molares de iones H+ y OH- y que tiene un valor constante, dependiendo de la temperatura. En rigor depende también de la concentración de sales y/o de la presencia de otros solutos como alcohol.

PROPIEDADES PERIÓDICASPropiedades de los átomos de los elementos químicos que se repiten

en forma regular o cíclica cuando se representan vs. su número atómico.

PROTÓN Partícula con carga positiva presente en el núcleo de todos los átomos, se encuentra localizada en el núcleo atómico. Tiene carga positiva igual y de signo opuesto a la del electrón. Los protones tienen una masa de 007276 uma.

PUNTO DE CONGELACIÓNLa temperatura a la que una sustancia pasa del estado líquido al sólido.

PUNTO DE EBULLICIÓNLa temperatura a la que una sustancia pasa del estado líquido al estado gaseoso.

TEORÍA CUÁNTICA Teoría desarrollada por varios físicos a partir de 1900, año en que Max Planck enuncia su revolucionaria teoría de los cuantos, que explica exitosamente la distribución de energía en una cavidad (cuerpo negro), problema que no tiene una solución si se intenta explicar a través de la física clásica o newtoniana.

RADIO ATÓMICOEn el caso de una molécula diatómica homonuclear, esto es, formada por dos átomos de la misma naturaleza, el radio atómico es la mitad de la distancia que separa los núcleos atómicos.

REACCIÓN QUÍMICA Cambio en la materia en el que una o más sustancias químicas se transforman en sustancias químicas nuevas o diferentes.

REACCIÓN REVERSIBLEReacción química en la que la reacción inversa puede tener lugar de manera simultánea con la reacción directa.

REACTIVO Sustancia de partida en una reacción química.

REDUCCIÓN Proceso que significa, formalmente, la captación de uno o más electrones por parte de un átomo o grupo de átomos. Se dice que éste o éstos se reduce(n).

SALES Compuestos químicos conformados por un catión y un anión, unidos por atracción eléctrica.

SEMIRREACCIÓNEs un proceso en que imaginariamente transcurre produciéndose en él la oxidación o la reducción de un átomo en una reacción redox.

SISTEMARegión del universo separado de éste por un borde o límite, real o imaginario.

SISTEMA ABIERTOEs todo sistema que permite transferencia de masa y energía con el entorno.

SISTEMA AISLADO Se denomina así a todo sistema que no intercambia materia ni energía con el alrededor.

SISTEMA CERRADOUn sistema cerrado sólo intercambia energía con el alrededor.

SISTEMA NO REACTIVOSistema que respecto de un proceso determinado no sufre transformación química.

SUSTITUCIÓN NUCLEOFÍLICA Reacción iniciada por un nucleófilo en la que éste reacciona con un sustrato o reactante reemplazando un átomo que es expulsado como anión.

TABLA PERIÓDICATabla en la que los elementos, clasificados en orden de número atómico creciente, se sitúan de manera tal que los que poseen propiedades similares se hallan cerca unos de otros.

TEMPERATURA Es una variable de estado, que según el modelo cinético-molecular es una medida de la energía cinética o grado de agitación de las moléculas.

UNIDAD DE FÓRMULAGrupo de átomos o iones representados por la fórmula química de un compuesto; la unidad más sencilla de un compuesto iónico.

UNIDAD DE MASA ATÓMICA(uma) Unidad de masa igual a 1/12 de la masa del núcleo de carbono-12, que es 1,66053873 × 10-27 kg ± 0,00000013 × 10-27 kg. Abreviatura uma.

VOLTEs la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos de un alambre

conductor por el que circula una corriente constante de 1 ampere, cuando la potencia disipada entre sus puntos es de 1 watt.

ANIÓNIon que posee carga negativa.

ANODO Electrodo en el que tiene lugar la oxidación en una celda electroquímica.

ATOMOS Las partículas más pequeñas que poseen las propiedades de un elemento; toda la materia está compuesta de átomos.

AVOGADRO,LEY DE Volúmenes iguales de gases a la misma temperatura y presión contienen el mismo número de moléculas.

BASE Especie química que capta iones hidrógeno, H+. (Definición de Löwry- Brönsted).

BATERIA Unidad productora de energía eléctrica constituida por varias pilas.

BOYLE, LEY DE A presión constante, el producto de la presión y el volumen de una muestra dada de gas es constante.

CAPA DE VALENCIANivel de energía de un átomo que determina sus propiedades químicas, en particular la formación de enlaces.

CATALIZADORSustancia que acelera una reacción química pero no sufre cambios.

CATIÓNIon que posee carga positiva.

CÁTODOEn una celda electroquímica, el electrodo en el que tiene lugar la reducción.

CELDA ELECTROQUÍMICADispositivo para llevar a cabo una electrólisis o producir electricidad por medio de una reacción química.

CELDA VOLTAICACelda electroquímica en la que se emplea una reacción química espontánea para producir electricidad.

COMPUESTO COVALENTE Compuesto que contiene sólo enlaces covalentes.

COMPUESTO IÓNICO Sustancia compuesta por iones.

CONCENTRACIÓNCantidad de soluto disuelto en una cantidad específica de disolvente o disolución.

CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICACapacidad para conducir una corriente eléctrica.

CONDUCTORMaterial que permite que la electricidad fluya

CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA Distribución de los electrones en los diversos niveles energéticos de un átomo, ión o molécula.

COULOMBEs la cantidad de electricidad transportada en 1 segundo por una corriente de 1 ampere.

CHARLES, LEY DE A presión constante, el volumen de una muestra dada de gas es directamente proporcional a la temperatura kelvin.

CORRIENTE Flujo de electrones.

DENSIDADLa masa por unidad de volumen de un material dado.

DISOLUCIÓN AMORTIGUADORASolución que contiene un ácido o base débil y una de sus sales, que tiene la propiedad de mantener el pH dentro de un estrecho rango cuando se le adicionan cantidades discretas de ácidos o bases. Se les llama también disoluciones “buffer” o tampón.

ECUACIÓN IÓNICA NETAEcuación que muestra solamente las sustancias químicas que participan en una reacción en la que intervienen iones en disolución acuosa.

ECUACIÓN QUÍMICACombinación de fórmulas químicas que representa lo que ocurre en una reacción química, por ejemplo, 2 H2(g) + 02(g) = 2H20(g).

ELECTROAFINIDADEs la energía asociada a la captación de un electrón por la capa de valencia de un átomo. Se le asigna arbitrariamente un signo algebraico contrario al convencional.

ELECTRODOSDos tiras de metal o de otros conductores, que actúan como contactos entre la disolución o la sal fundida y el circuito externo en una celda electroquímica; la reacción tiene lugar en ambos electrodos.

ELECTRÓFILOEspecie que presenta alguna deficiencia de electrones o que tiene carga positiva y que se enlaza a átomos, particularmente carbono, en especies de alta densidad de carga electrónica o con carga negativa.

ELECTROLITOEl electrolito de una pila puede ser un líquido o una pasta en el primer caso, la cera se llama a menudo pila húmeda. Las pilas en la que el electrolito es una pasta se denomina pilas secas.

ELECTRÓN Partícula con carga negativa, presente en todos los átomos. Partícula fundamental de la materia, tiene una carga negativa de 1,602176462 × 10-19 culombios ± 0,000000063 × 10-19 culombios y una masa de 9,10938188 × 10-31 kg ± 0,00000072 × 10-31 kg.

ELECTRONEGATIVIDADCapacidad de un átomo, en una molécula, para atraer los electrones hacia sí.

ELECTRÓLISIS Uso de la energía eléctrica para hacer que ocurra una reacción de oxidación- reducción no espontánea.

ELEMENTOS Sustancias químicas fundamentales, de las cuales están formadas todas las demás sustancias.

ENERGÍA CINÉTICAEnergía asociada al movimiento de un objeto.

ENERGÍA DE ACTIVACIÓNEnergía mínima requerida para la colisión fructífera de partículas de

reactivos en una reacción química.

ENERGÍA DE ENLACEEnergía necesaria para romper un enlace. Por lo general se refiere a 1 mol de enlaces y se expresa en kJ • mol–1.

ENERGÍA DE IONIZACIÓNEnergía necesaria para desprender un electrón de un átomo aislado, al estado gaseoso. Corresponde a la energía involucrada en el proceso:M M+ + e–

ENLACE COVALENTEFuerza que mantiene muy unidos dos átomos, y que se presenta cuando dichos átomos comparten uno o más pares de electrones.

ENLACE IÓNICOAtracción entre iones con carga opuesta en un compuesto iónico.

ENLACE METÁLICOEnlace formado por elementos metálicos, que es fuertemente deslocalizado.

ENLACE QUÍMICOFuerza que mantiene unidos los átomos o iones en los compuestos químicos.

ESTADOLa forma (gas, líquido o sólido) en la que se halla la materia.

ESTADO GASEOSOEstado de la materia que no posee volumen o forma fijos.

ESTADO O NÚMERO DE OXIDACIÓNSe define formalmente, para un átomo en un compuesto binario, como el número de electrones que gana o pierde dicho átomo para formar un compuesto.

ESTEQUIOMETRÍA Proporción en que los elementos o compuestos reaccionan entre sí.

ESTRUCTURA DE LEWISRepresentación de los electrones de la capa de valencia de un átomo mediante puntos. Los enlaces covalentes simples entre dos átomos se representan por un par de puntos o por un trazo, los enlaces dobles por dos pares de puntos o por dos trazos y así sucesivamente.

EXOTÉRMICO Proceso que libera energía.

ENERGÍA INTERNAComprende todas las formas de energía de un sistema y se compone de las energías propias de las partículas y de sus interacciones.

ESTADO O NÚMERO DE OXIDACIÓNSe define formalmente, para un átomo en un compuesto binario, como el número de electrones que gana o pierde dicho átomo para formar un compuesto.

ESTEREOQUÍMICA Representación de una molécula en el espacio tridimensional, de modo que refleja la real ubicación de sus átomos o grupos atómicos.

FAMILIA (TABLA PERIÓDICA) Columna vertical de elementos en la tabla periódica; también llamada grupo; los miembros de una familia tienen propiedades similares.

FÓRMULA DE ELECTRÓN-PUNTOFórmula de una sustancia, en la que puntos que representan los electrones exteriores de cada átomo muestran los pares electrónicos compartidos entre átomos.

FÓRMULA ESTRUCTURALFórmula química que muestra el arreglo de los átomos y los enlaces covalentes en una molécula.

FÓRMULA QUÍMICA Combinación de símbolos que representa los elementos presentes en una sustancia, y en la que los subíndices muestran el número de átomos de cada elemento; por ejemplo, la fórmula del amoniaco es NH3.

GAS NOBLE Elemento del grupo 18, He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn. Los gases nobles se caracterizan por sus niveles “np” completos (a excepción del He que completala capa 1s) y son elementos de escasa, pero no nula, reactividad química. Por ello no se deben denominar “gases inertes”.

GRUPO FUNCIONAL Conjunto de átomos enlazados de una determinada manera, que caracteriza el comportamiento físico-químico de las moléculas que lo contienen. Ejemplos típicos son los grupos funcionales ácido carboxílico, - C(O)OH, alcohol, -OH, y éster, - C(O)O-R.

GRUPO (TABLA PERIÓDICA) (Ver familia).

HIBRIDACIÓN Combinación algebraica de orbitales atómicos de energía similar,

para generar un número equivalente de orbitales “mezclados” o “híbridos”.

HIDRATACIÓNFenómeno por el cual un ión o molécula se rodea de moléculas de agua. Para el caso general de cualquier disolvente el proceso se denomina solvatación.

INDICADOR ÁCIDO-BASESustancia que manifiesta un cambio (por lo general de color) a determinado valor de la concentración de iones H+ en la disolución.

ION Átomo o grupo de átomos que ha quedado cargado eléctricamente al perder o ganar electrones.

ION MONOATÓMICOEspecie eléctricamente cargada que consiste de sólo un átomo.

ION POLIATÓMICO Especie eléctricamente cargada consistente de dos o más átomos.ISÓMEROS GEOMÉTRICOS Moléculas con idéntico número de átomos y enlaces, pero con diferente distribución espacial.

ISÓTOPOS Átomos del mismo elemento pero con distinto número de neutrones.

IRREVERSIBILIDADEn un sentido no riguroso2 alude a la calidad de procesos (irreversibles) en un sistema que ocurren cuando se alteran las condiciones del entorno, en una dirección pero no en dirección contraria.

LLUVIA ÁCIDAPrecipitación de agua ácida desde las nubes, por formación de ácido sulfúrico y nítrico en la atmósfera.

MASA ATÓMICA La masa de un átomo.

MASA MOLAR Masa (por lo general en gramos) de un mol de una sustancia.

MATERIA Lo que tiene masa y ocupa lugar en el espacio.

MEDIA CELDAMetal (u otro material que actúa como electrodo) y la disolución de sus iones que lo rodea en una celda voltaica.

MOL Cantidad de una sustancia o especie química igual a 6.02 x 1023 unidades, las cuales pueden ser átomos, moléculas, unidades de fórmula, electrones u otras entidades específicas.

MOLÉCULA Partícula más pequeña de una sustancia química que conserva sus covalentes.

MECANISMO DE REACCIÓN Descripción de una secuencia de eventos que se postula que ocurren a nivel molecular cuando los reactantes se transforman en productos.

MÉTODO DEL ION ELECTRÓNProcedimiento de igualación que se aplica primero, independientemente, a las ecuaciones de las semi-reacciones de oxidación y de reducción. En una segunda etapa éstas se relacionan para representar la reacción completa de óxido-reducción (o redox), cuidando que el número de electrones cedidos en la semirreacción de oxidación sea igual al número de electrones aceptados en la reducción.

METALESElementos de brillo característico, que conducen bien la corriente eléctrica y el calor.

METALOIDEElemento con propiedades intermedias a las de los metales y los no metales. Su conductividad eléctrica aumenta al elevar la temperatura.

MÉTODO DEL ION ELECTRÓNProcedimiento de igualación que se aplica primero, independientemente, a las Ecuaciones de las semi-reacciones de oxidación y de reducción.En una segunda etapa éstas se relacionan para representar la reacción Completa de óxido-reducción (o redox), cuidando que el número de electrones cedidos en la semirreacción de oxidación sea igual al número de electrones aceptados en la reducción.

MODELO PLANETARIO Modelo que describía al átomo como un diminuto sistema solar, en el que los electrones giraban alrededor del núcleo de manera análoga a como lo hacen los planetas alrededor del sol. Este modelo fue superado ya que no corresponde a una realidad física.

MOLALIDADUnidad de concentración de disoluciones que se define como el número de moles de soluto disuelto en 1 kilogramo de solvente.

MOLARIDADUnidad de concentración definida por el número de moles de soluto o de especies iónicas en 1 litro de solución.

NEUTRÓN Partícula neutra presente en los núcleos de la mayoría de los átomos. Localizada en el núcleo atómico de todos los átomos excepto el hidrógeno. Los neutrones no tienen carga eléctrica pero poseen una masa de 1,008665 uma

NO METAL Elemento que es mal conductor del calor y de la electricidad.

NÚMERO ATÓMICOEl número de protones de un átomo; permite distinguir los átomos de distintos elementos.

NÚMERO DE MASASuma del número de protones y neutrones en un átomo de un isótopo especifico.

NUCLEÓFILOEspecie que presenta un par electrónico no compartido o con carga negativa, que específicamente ataca a un átomo, generalmente de carbono, de una molécula que exhibe baja densidad de carga electrónica o carga positiva.

NÚMERO DE AVOGADRO 6,0223 • 1023. Es el número de partículas en 1 mol.

ORBITALSe puede definir como una región del espacio alrededor del núcleo atómico que puede estar ocupada por 1 ó 2 electrones. (Esta no es una definición rigurosa, ya que el orbital es una función matemática o función de onda característica, que es solución de la ecuación de ondas de Schrödinger. Para el caso de un átomo se designan como orbitales atómicos, mientras que en las moléculas se conocen con el nombre de orbitales moleculares).

OSMOSISPaso de moléculas de solvente a través de una membrana semipermeable, que se manifiesta por un flujo neto de solvente desde una solución diluida o desde el solvente puro hacia una solución más concentrada.

OSMOSIS INVERSA Es el fenómeno inverso al espontáneo de osmosis y se logra aplicando una presión a una solución concentrada de modo que moléculas de solvente pasen a través de una membrana

semipermeable hacia otra solución más diluida o hacia el solvente puro.

OXIDOSCompuestos químico formados por oxígeno y otros elemento.

OXIDACIÓNProceso que involucra, formalmente, la cesión de uno o más electrones por parte de un átomo (o un grupo de átomos). Se dice que éste (o éstos) se oxida(n).

PERÍODOS (TABLA PERIÓDICA) Filas horizontales de elementos en la tabla periódica.

pHSe define como el valor negativo del exponente de la concentración molar de iones H+ de una disolución, expresada en base 10.

PILAS PRIMARIASPila basada en una reacción química irreversible, y por lo tanto, no recargable (posee un sólo ciclo de vida).

PILAS SECUNDARIASPila basada en una reacción química reversible y, por lo tanto, recargable. Se pueden regenerar sus elementos activos pasando una corriente eléctrica en sentido contrario al de descarga. Posee ciclos de vida múltiples.

PRECISIÓN Grado de concordancia obtenido en la realización de varias mediciones de una misma cantidad.

POLARIDAD DE ENLACE Propiedad permanente de un enlace la que se manifiesta por una separación parcial de carga eléctrica determinada por la diferente electronegatividad de los átomos unidos.

PRINCIPIO DE CONSTITUCIÓN DE BOHREstablece que en la construcción de la estructura electrónica de un átomo los electrones ocupan primero los niveles inferiores de menor energía y, sucesivamente, a medida que éstos se van completando, los niveles superiores de mayor energía. Se le llama también principio de “Aufbau”.

PRINCIPIO DE EXCLUSIÓN DE PAULI Los electrones siempre ocupan un orbital con espin opuesto, de modo que éste jamás puede ser ocupado por más de dos electrones. (Ello debido a que el número de espin asociado al electrón tiene sólo dos

valores posibles y un tercer electrón tendría, necesariamente, su número de espin igual al de alguno de los otros dos).

PRINCIPIO DE MÁXIMA, MULTIPLICIDAD DE HUNDPrincipio que establece que los electrones en un átomo ocupan varios niveles de idéntica energía de modo tal que su número de espin total, comprendido como la suma de los números de espin de los electrones individuales, es máximo.

PROBABILIDADCociente entre el número de eventos favorables a un determinado suceso y el número total de eventos que pueden ocurrir.

PRODUCTOSustancia que se forma en una reacción química.

PRODUCTO IÓNICO DEL AGUAProducto de las concentraciones molares de iones H+ y OH- y que tiene un valor constante, dependiendo de la temperatura. En rigor depende también de la concentración de sales y/o de la presencia de otros solutos como alcohol.

PROPIEDADES PERIÓDICASPropiedades de los átomos de los elementos químicos que se repiten en forma regular o cíclica cuando se representan vs. su número atómico.

PROTÓN Partícula con carga positiva presente en el núcleo de todos los átomos, se encuentra localizada en el núcleo atómico. Tiene carga positiva igual y de signo opuesto a la del electrón. Los protones tienen una masa de 007276 uma.

PUNTO DE CONGELACIÓNLa temperatura a la que una sustancia pasa del estado líquido al sólido.

PUNTO DE EBULLICIÓNLa temperatura a la que una sustancia pasa del estado líquido al estado gaseoso.

TEORÍA CUÁNTICA Teoría desarrollada por varios físicos a partir de 1900, año en que Max Planck enuncia su revolucionaria teoría de los cuantos, que explica exitosamente la distribución de energía en una cavidad (cuerpo negro), problema que no tiene una solución si se intenta explicar a través de la física clásica o newtoniana.

RADIO ATÓMICOEn el caso de una molécula diatómica homonuclear, esto es, formada por dos átomos de la misma naturaleza, el radio atómico es la mitad de la distancia que separa los núcleos atómicos.

REACCIÓN QUÍMICA Cambio en la materia en el que una o más sustancias químicas se transforman en sustancias químicas nuevas o diferentes.

REACCIÓN REVERSIBLEReacción química en la que la reacción inversa puede tener lugar de manera simultánea con la reacción directa.

REACTIVO Sustancia de partida en una reacción química.

REDUCCIÓN Proceso que significa, formalmente, la captación de uno o más electrones por parte de un átomo o grupo de átomos. Se dice que éste o éstos se reduce(n).

SALES Compuestos químicos conformados por un catión y un anión, unidos por atracción eléctrica.

SEMIRREACCIÓNEs un proceso en que imaginariamente transcurre produciéndose en él la oxidación o la reducción de un átomo en una reacción redox.

SISTEMARegión del universo separado de éste por un borde o límite, real o imaginario.

SISTEMA ABIERTOEs todo sistema que permite transferencia de masa y energía con el entorno.

SISTEMA AISLADO Se denomina así a todo sistema que no intercambia materia ni energía con el alrededor.

SISTEMA CERRADOUn sistema cerrado sólo intercambia energía con el alrededor.

SISTEMA NO REACTIVOSistema que respecto de un proceso determinado no sufre transformación química.

SUSTITUCIÓN NUCLEOFÍLICA Reacción iniciada por un nucleófilo en la que éste reacciona con un

sustrato o reactante reemplazando un átomo que es expulsado como anión.

TABLA PERIÓDICATabla en la que los elementos, clasificados en orden de número atómico creciente, se sitúan de manera tal que los que poseen propiedades similares se hallan cerca unos de otros.

TEMPERATURA Es una variable de estado, que según el modelo cinético-molecular es una medida de la energía cinética o grado de agitación de las moléculas.

UNIDAD DE FÓRMULAGrupo de átomos o iones representados por la fórmula química de un compuesto; la unidad más sencilla de un compuesto iónico.

UNIDAD DE MASA ATÓMICA(uma) Unidad de masa igual a 1/12 de la masa del núcleo de carbono-12, que es 1,66053873 × 10-27 kg ± 0,00000013 × 10-27 kg. Abreviatura uma.

VOLTEs la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos de un alambre conductor por el que circula una corriente constante de 1 ampere, cuando la potencia disipada entre sus puntos es de 1 watt.

INTRODUCCIÓN

Para fabricar una pila; sólo necesitas tener una especie que pueda oxidar a otra y una manera de separar las reacciones.

En este caso, aprovecharás dos cosas: por un lado, los diferentes potenciales de reducción de dos metales conocidos, y por otro, el contenido normal de sales de un organismo viviente: un limón, por ejemplo. Éste nos proporcionará iones Cu(II) y Fe(II) para hacer funcionar la pila.

MATERIALES

* Un limón, o mejor, varios.

* Electrodos de Cu y Zn. Puedes intentar también con nnelectrodos de Fe.

* Un foquito de linterna.

* Cables y conectores.

PROCEDIMIENTO

Pincha los electrodos (uno de Cu y otro de Zn) en el limón

Cierra el circuito con la lamparita.(debería prenderse).

Discute, en base a lo que sabes de reacciones redox, cuáles son los electrodos, los procesos que ocurren, el electrolito y el puente salino, y describe la pila.

En caso que no prenda:• Fíjate bien en las conexiones y electrodos; que los nncables no estén cortados y que haya buen contacto. • Puede ser que no haya suficientes iones Cu(II) o nnZn(II) en el medio de reacción. Inyecta 0,5 mL de nnsolución de los iones correspondientes en cada nnelectrodo. • La potencia de la pila formada no alcanza para hacer nncircular corriente suficiente. Arma otra pila-limón en nnserie (poniendo tres pilas de limón en serie puedes nnhacer funcionar una calculadora).

TEMA 4 Los acumuladores

4.1 Batería de Acumuladores

La batería tiene la misión de recoger y almacenar la energía eléctrica que produce el generador, para suministrarla a los diferentes consumidores que la necesitan en un momento determinado.

La batería es el elemento capaz de suministrar energía eléctrica para impulsar al motor de arranque que transmite su giro al motor del vehículo hasta que comienza a girar por sus propios medios.

En los automóviles se utilizan fundamentalmente los acumuladores de plomo, capaces de transformar la energía eléctrica en química, este fenómeno químico se denomina electrolisis.

La batería es una pila secundaria, es decir, transforma la energía de forma reversible, con lo cual puede ser cargada por una corriente eléctrica en sentido contrario a la corriente de descarga.

Los acumuladores pueden clasificarse por:

-Constitución: - De plomo (electrolito ácido)

- De níquel (electrolito alcalino)

- De plata (electrolito alcalino)

-Función: - Para arranque

- Para tracción

- Estacionarios

- Portátiles

En automoción las que se utilizan son las que tienen la función de arranque.

Las baterías para automóviles deben de ser pequeñas, soportar golpes y vibraciones sin romperse, suministrar gran intensidad de corriente en corto tiempo y no tener casi mantenimiento.

4.2 Disoluciones y Electrólitos

Una disolución es aquella que esta constituida por una mezcla de dos o más clases de moléculas:

-Las de un disolvente

-Las de un soluto.

Cuando en una disolución cierto número de moléculas se disocian, separándose los iones cargados negativamente, de los iones cargados positivamente, se denomina electrolito. (Fenómeno de la ionización)

El líquido donde se ha producido la ionización de las moléculas se llama electrolito. Los iones positivos se llaman cationes y los negativos aniones.

En todo electrolito hay el mismo número de aniones que de catones, con lo que el líquido resulta eléctricamente neutro.

Los electrolitos permiten el paso de corriente eléctrica a traves de ellos.

4.3 La Electrolisis

Si en un recipiente que contenga agua destilada, sumergimos dos electrodos de metal, por ejemplo de platino, y se conecta a la red, no hay corriente eléctrica.

Si se vierte sal en el recipiente, hay paso de corriente eléctrica.

Este fenómeno se llama “ electrolisis” y al liquido “electrolito”.

Un electrolito es un cuerpo en disolución acuosa que se deja atravesar produciéndose en su seno reacciones químicas. Los productos de estas reacciones aparecen en la proximidad inmediata de los electrodos.

La electrólisis es un proceso mediante el cual, al hacer pasar una corriente eléctrica a través de una sustancia (en solución o fundida) se separa en los iones que la forman,

4.4 Acumuladores de Plomo

Se llama acumulador a todo tipo de dispositivo capaz de transformar la energía eléctrica en energía química, conservándola almacenada en esta forma, pudiendo igualmente transformarla de nuevo en energía eléctrica cuando sea necesario.

Un acumulador no produce energía eléctrica, solo devuelve la que le hayamos proporcionado anteriormente.

Si tomamos dos placas de plomo oxidadas y las sumergimos en ácido sulfúrico disuelto en agua destilada tendremos un acumulador de plomo. En el electrolito se ha producido la ionizacion del ácido sulfúrico, en estas condiciones si conectamos un generador se produce paso de corriente, que provoca la electrolisis del agua.

Aquí añado una explicación sobre la electrolisis en los acumuladores de plomo encontrada en la red que creo que lo aclara más:

Acumulador de plomo

Se utiliza para proveer de energía eléctrica a los automóviles, consta de dos placas o rejas de plomo (Pb)

sumergidas en ácido sulfúrico diluido La placa que actúa como cátodo está recubierta de óxido de plomo y la que funciona como ánodo es de plomo.

Las reacciones que se llevan a cabo durante la descarga (reacciones de media pila) son las siguientes:

En el ánodo se lleva a cabo la oxidación:

En el cátodo se lleva a cabo la reducción:

La reacción completa del proceso es:

Durante el proceso de descarga se forman sulfato de plomo

y agua, y se consume el ácido sulfúrico . Cuando se conecta un generador de corriente continua (como un alternador en el caso de los automóviles) entre los polos del acumulador descargado y se pasa corriente eléctrica, la reacción se invierte, por lo que se dice que el acumulador se ha recargado.

El voltaje obtenido en un acumulador (una celda) es de 2.1 v, por lo que deben conectarse de 3 a 6 celdas de acumulador en serie (formando una batería), ya que un automóvil requiere de 6 a 12 v. Un acumulador de plomo almacena energía eléctrica con un rendimiento del 80%.

Los cambios de volumen del ácido sulfúrico diluido pueden provocar la desintegración de las placas, por lo tanto es necesario tener cuidado con este aspecto.

Estructura de un Acumulador de Plomo

En una batería podemos distinguir una caja llamada mano-bloque, dividida en varios compartimentos o celdas, fabricadas generalmente de ebanito al que el ácido no ataca, aunque actualmente se emplea también el polipropileno por su menor peso y mejores características.

En el interior de cada una de las celdas, se introduce una serie de placas constituidas por un armazón de aleación de plomo y antimonio en forma de rejilla, en cuyos huecos se incrusta una pasta llamada materia activa. La rejilla desempeña la misión de distribuir la corriente uniformemente en toda la placa, evitando que la materia activa se desprenda de ellas durante la carga y la descarga.

Las placas que hay en un acumulador, unas son positivas y otras negativas, diferenciándose por su color y siempre hay una placa negativa mas que positiva.

La materia activa que rellena las rejillas de las placas positivas es peróxido de plomo (PbO2) y la de las placas es plomo esponjoso (Pb).

Todas las placas se unen entre sí por mediación de un puente o conector. Este conjunto queda sumergido en un líquido llamado electrolito, ácido sulfúrico y agua destilada.

Entre una placa positiva y las negativas contiguas se interpone un aislante o separador para evitar el contacto eléctrico entre ellas impidiendo conducción metálica entre placas de distinta polaridad y permitiendo, que el electrolito pueda atravesar su estructura para reaccionar químicamente con las placas. Deben ser resistentes a la acción corrosiva del ácido.

Se fabrica de diversos materiales, como el caucho micro poroso, el plástico perforado, etc.

Los elementos o las celdas quedan cubiertos por una tapa, del mismo material de la caja.

En cada vaso lleva un orificio central para el tapón de llenado que entra a presión o roscado. Tiene un orificio que permite la salida al exterior de los gases producidos como consecuencia de las reacciones de carga y descarga.

En una batería cada elemento de un acumulador de plomo tiene la propiedad de almacenar energía a una tensión de dos voltios, es de 6v cuando se unen 3 elementos y de 12v su se emplea 6 elementos.

Para que las placas de un acumulador puedan generar energía, es necesario que se encuentren bañadas en ácido sulfúrico dado que produce la reacción química necesaria. El electrolito es el conductor de la corriente entre las placas y por ello su nivel debe sobrepasar a estas en 1 cm. al menos.

El electrolito del acumulador completamente cargado es un 36% de ácido sulfúrico y un 64% de agua.

Descargado está compuesto por un 12% de ácido sulfúrico y un 88% de agua.

4.6 Características eléctricas de las baterías

Un acumulador se define por su tensión nominal y por la cantidad de electricidad capaz de suministrar.

Tensión Nominal:

La tensión total de una batería es el producto de la tensión de un elemento por el número de ellos conectados en serie que ella comporta. La tensión de un elemento en un acumulador de plomo es de 2V, por lo cual una batería de seis elementos tiene una tensión nominal de 12 V.

Cuando una batería es sometida una corriente de carga la tensión por elemento puede llegar a 2,6V y cuando es sometida a una tensión de descarga puede bajar a los 1.6V.

Capacidad de la Batería

Se puede definir como la cantidad de energía capaz de almacenar o también como la cantidad de energía capaz de suministrar cuando esta completamente cargada.

La capacidad de las baterías se mide en Amperios/Hora. La capacidad nominal figura en las etiquetas adosadas a las baterías (Ej.: 12V 55Ah 240) donde 55Ah es la capacidad nominal y 240ª el régimen máximo de descarga capaz de suministrar.

La capacidad de un acumulador depende de varios factores:- Dimensiones de placas.

Numero de placas. Cantidad de materia activa

Volumen del electrolito

Densidad del electrolito

La capacidad del acumulador que equipa a un vehículo esta determinada por el problema de arrancar el motor en frió, por lo cual, cuanto mayor sea el motor mayor capacidad en régimen de descarga rápida tendrá que tener la batería. El rendimiento de una batería es generalmente del 80%.

Mantenimiento de Acumuladores

Si el mantenimiento de la bateria ha sido el correcto puede durar cinco o más años.

El echar agua natural en vez de destilada aporta impurezas que perjudican a la bateria.

Cuando se cambie una bateria hay que poner en su lugar otra de igual o mayor capacidad.

Cuando se cambia una bateria hay que revisar donde estaba colocada por si hubiera corrosiones debido a perdidas de electrolito. Para evitar la corrosión de los bornes se pueden recubrir de vaselina.

Para conectar una bateria primero se conecta el borne positivo y luego el negativo y para desconectarla primero se retira el borne negativo y después el positivo.

Para Conservar las baterías en perfecto estado se deben de hacer las siguientes cosas:

- Si el nivel del electrolito es bajo se añadirá agua destilada, no debe utilizarse agua natural pues produce impurezas que pueden corroer las placas entre otras cosas perjudiciales.

- Nunca debe rellenarse la bateria con ácido.

- Vigilar el nivel del electrolito y no rellenarlo en exceso cuando proceda rellenarlo.

- Deben de mantenerse limpios los respiradores de los tapones de llenado.

- Los bornes deben limpiarse periódicamente y engrasarlos con vaselina.

- La bateria debe estar bien sujeta para evitar golpes y vibraciones excesivas.

- No dejar nunca herramientas sobre la bateria.

- Si se quiere almacenar una bateria durante algún tiempo debe de almacenarse completamente cargada.

Cargadores de Baterías

El cargador más utilizado en la actualidad es el rectificador de corriente, esta compuesto por: un transformador, un conmutador de tensión, un grupo rectificador y un reóstato.

Funciona conectando el primario del transformador a la red, en los diferentes secundarios del transformador se obtiene una tensión eléctrica apropiada para la carga de baterías. Mediante el reóstato se puede regular la intensidad de la corriente que se establece en el circuito externo desde el borne positivo al negativo del cargador.

El rectificador es del tipo onda completa y esta constituido por dos o cuatro diodos que consiguen transformar la corriente alterna en corriente continua.

Cualquiera que sea el tipo de cargador, la conexión a baterías al cargador se realiza por medio de cables provistos de pinzas, cuyas fundas son de color rojo para el positivo y de color negro para el negativo.

Proceso de Carga de Baterías

Antes de iniciar la carga de una bateria con un cargador, se debe de realizar las siguientes operaciones:

Lavar exteriormente la bateria con agua. Limpiar los bornes con cuidado.

Comprobar el nivel del electrolito y rellenarlo con agua destilada si fuera necesario.

Durante la carga se quitaran los tapones de los vasos.

Conexionar correctamente los bornes del cargador a los de la bateria.

Al cargador pueden conectarse varias baterías a la vez (en serie o en paralelo) y cargarse por dos procedimientos distintos:

-Intensidad constante: Pasa la misma cantidad de intensidad de corriente durante toda la carga. Un 10% de su capacidad de carga nominal.

-Intensidad variable: Pasa en una primera fase el doble de intensidad de su capacidad de carga nominal y en una segunda fase la mitad de su capacidad de carga nominal.

Cuando las baterías no están descargadas de una forma igual es recomendable conectarlas en serie.

Un acumulador se considera completamente cargado cuando los valores de tensión y la densidad del electrolito no varían de forma apreciable en una hora. Otro síntoma es la apreciación de un desprendimiento de gases al final de la carga formándose gotitas alrededor de los vasos.

La tensión de un acumulador completamente cargado medida recién terminada la carga es de 2.7 V por elemento, cuando se interrumpe la carga al cabo de 10min la tensión baja a los 2.2V por elemento. Una diferencia de tensión de 0.1V recién cargada la bateria entre alguno de los elementos indica un defecto, como rotura de separadores, cortocircuito interno, etc.

La densidad de una bateria recién cargada es de 1,270 a 1,290ª a 25ºC.

Cuando empieza la carga de una bateria descargada la intensidad de corriente es muy pequeña debido a que la resistencia interna de la bateria es muy grande pero a la vez que se va cargando la intensidad va creciendo y la resistencia disminuyendo por ello hay que regular la intensidad de corriente con el reóstato para regular adecuadamente la intensidad de carga.

Los cargadores de carga rápida, capaces de proporcionar intensidades de hasta 80ª llevan un sistema de relojería automático que controla la intensidad de la carga.

Una bateria cargada completamente que se le vacíen sus electrolitos se conservara cargada al 100% mientras que una bateria con sus electrolitos llenos y cargada completamente ira perdiendo carga por su inactividad.

En los procesos de carga de baterías con el cargador deben seguirse las siguientes recomendaciones:

-Cuando se carguen baterías de distinta capacidad en serie se deben cargar al régimen de intensidad que corresponda al de menor capacidad.

- Debe realizarse la carga en una zona ventilada y en un ambiente fresco.

- No se guardara el agua destilada para rellenar los electrolitos en recipientes metálicos.

- Nunca debe acercarse una llama a la bateria.

- Al termino de la carga, desconectar el cargador y posteriormente retirar borne positivo y después el borne negativo.

- La bateria debe cargarse tan pronto como se pueda una vez que se haya descargado.

- La temperatura de la bateria durante la carga no debe sobrepasar los 50ºC.

Descarga Espontánea y Sobrecarga de un Acumulador

Debido a la inactividad una bateria puede ir perdiendo carga poco a poco.

Todas las baterías deben de cargarse antes de la instalación en el vehículo.

Cuando la tensión de una bateria baje de los 2V por elemento o este por debajo de 1,230 de intensidad tiene que volverse a cargar. Las baterías montadas en coches no utilizados deben tratarse igual que las baterías almacenadas.

La bateria sometida a una carga deficiente y almacenada durante un largo periodo de tiempo se sulfata, con lo cual se deteriora.

Cuando una bateria esta completamente cargada y sigue recibiendo corriente de intensidad elevada se produce una descomposición rápida del agua del electrolito, lo que puede llevar a un cortocircuito. La sobrecarga puede dañar a la bateria por los siguientes motivos:

-Una fuerte corrosión y descomposición de las rejillas positivas.

- La descomposición del agua arrastra materia activa.

- Una fuerte concentración de electrolito sobre todo a altas temperaturas y durante mucho tiempo deteriora los elementos.

Medida de la Densidad del Electrolito

Dado que cuando un acumulador se descarga, el ácido sulfúrico se combina con las placas, se comprende que midiendo la densidad específica del resto del electrolito se puede calcular la cantidad de energía eléctrica que nos queda en la bateria.

La concentración del electrolito se mide con el densímetro.

Esta formado por una probeta de cristal, en la parte superior tiene una pera de goma y por la parte inferior un tubo de goma. En el interior de la probeta se aloja un tubo de vidrio graduado.

Se maneja colocando el densímetro en posición vertical, succionando el electrolito mediante la pera de goma hasta llenar la probeta, el nivel del líquido alcanzara una determinada altura en la escala, lo que determinara la densidad del electrolito.

Una densidad comprendida entre 1,270 y 1,290 indica que la bateria esta completamente cargada. Un valor comprendido entre 1,200 y 1,240 indica media carga y los valores inferiores a 1,150 indican que la bateria esta descargada.

La medición de la densidad no debe realizarse después de una fuerte descarga de la bateria.

La cantidad de electrolito tomada de una bateria para medir su densidad debe ser devuelta una vez terminada la medición.

Hay densímetros graduados en grados Beaumé,

También existen densímetros de bolas, en los cuales se sustituye el flotador por tres bolas apropiadas. Al hacer la medición si flotan las tres es que la bateria esta cargada, si solo flotan dos indica media carga y si solo flota una es que esa bateria esta descargada.

Las baterías exentas de mantenimiento están provistas de un testigo óptico de carga de bateria. Si este testigo esta en verde la bateria esta cargada correctamente, si la bateria esta completamente descargada el color del testigo seria amarillo.

Medida de la Tensión de la Bateria

La tensión de una bateria se mide en condiciones de reposo con un voltímetro. En este estado y con una bateria cargada correctamente las tensiones por elemento son de 2.2V, 2V si esta cargada a la mitad y 1,5V si esta descargada. Si la medición se realiza al tiempo que se somete a una descarga intensa se obtiene 1.7V si esta cargada, 1.5V a media carga y 1.2V si esta descargada.

Para medir la tensión en descarga se utiliza un voltímetro especial que dispone de una resistencia entre las puntas de prueba.

Evolución de las Baterías de Arranque

Las antiguas baterías con caja de ebonita y cierre superior con material de relleno fueron sustituidas por las “monobloque”. Con este tipo de baterías se empezó a utilizar un modelo de placas mas finas y de mayor superficie, con rejilla tipo radial y separadores de menor resistencia eléctrica y elementos mas cortos que mejoran el arranque en frió.

Actualmente se fabrican las baterías de bajo mantenimiento, en las que las perdidas de agua son casi nulas por lo cual no es necesario rellenar periódicamente el electrolito. Estas baterías tienen estas ventajas:

Reducción de la auto descarga Disminución de la formación de vapores por reducción de corriente al final de la carga.

Mejora la conservación de la carga

Disminución de la resistencia interna, con lo que aumenta la de descarga en frió.

No requieren adición alguna de agua a lo largo de toda su vida útil.

Producen una corrosión mínima en los bornes de conexión.

Suministran mayor potencia

Otra modificación es la fabricación de las placas en rejillas de aleación plomo-calcio, que evita totalmente la descarga.

Las baterías sin mantenimiento disponen de una caja de polipropileno compacto en pequeño espesor que permite una gran capacidad de los elementos para alojar la mayor cantidad de placas y de electrolito, que aumenta la potencia para un mismo volumen.

Verificación y Control de las Baterías

Los síntomas que presenta una bateria envejecida suelen notarse en el momento de arrancar el coche, si no consigue poner en marcha el motor de arranque es que la bateria necesita ser reemplazada.

Cuando se haya descargado una bateria por haberse olvidado las luces u otro consumidor eléctrico para arrancar el coche se ayudara de otra bateria y una vez arrancado se intentara hacer el recorrido mas largo posible para que el alternador pueda recargar la bateria.

En los casos en los que no se consiga la recarga total o se produzca una descarga involuntaria se procederá a la verificación de la bateria utilizando el voltímetro y el densímetro y si fuera necesario se verificaría el circuito eléctrico con la bateria desconectada por si existiese alguna avería en el.

Averías en las Baterías

Se pueden establecer tres tipos de averías:

* Origen exterior:

Provienen del sistema eléctrico y son debidas a un trabajo inadecuado y excesivo de la bateria. Esto produce sobrecargas, con lo cual seria necesario añadir agua frecuentemente. El remedio seria la reparación del circuito de carga que su mal funcionamiento provoca la sobrecarga. También es avería exterior la carga deficiente, la solución a este problema seria revisar las conexiones. Por ultimo si una bateria no puede mover el motor de arranque debe ser sustituida puesto que no es capaz de mantener la carga normal introducida en ella.

* Puramente mecánicas:

Son las roturas de la caja debido a golpes o exceso de vibraciones, perdida de tapones que permiten la salida de electrolito y desprendimientos de materia activa de las placas.

Origen interior:

Las más frecuentes son separadores defectuosos, sedimentos depositados en el fondo de la caja, impurezas y sulfatación de placas.

*FALTA PUNTO 4.5 ESTRUCTURA DE UN ACUMULADOR DE PLOMO

Introducción.

Son muchas las páginas en la web que hablan de las resistencias y cómo identificarlas por sus colores, todas muy buenas y con la misma información, pero en muy pocas se encuentra el pilar de la electrónica, aquel enunciado conocido por todo el mundo, en cambio, por unas u otras causas se olvida y es que erróneamente damos por sentado que se conoce. Siempre puede empezar por el principio, si le interesa le invitamos a que siga próximo enlace de apuntes de la electricidad. 

Hay muchos que nos piden que les indiquemos dónde han de buscar para aprender los principios de la electrónica, por este motivo aquí se va a tratar de documentar en parte estos principios y de esta forma se inicien, estamos seguros que será así. 

Este es el principal motivo por el que nos propusimos crear esta página que creemos no pasará desapercibida, estamos convencidos que habrá muchos visitantes que acudan a ella para tomar nota y a lo mejor alguno hasta aprende algo sobre los fundamentos básicos de electrónica.

Para una mejor descripción vamos a considerar una instalación eléctrica, así pues, cuando ésta se pone en funcionamiento podemos decir que está constituida al menos por un circuito cerrado, por el cual circula una corriente que le permite su funcionamiento. Partiendo de este enunciado como luego se verá, los circuito pueden estar formados por distintas ramas que por su formación se dividen en circuitos serie, circuitos paralelo y a su vez pueden estar formados por la combinación de ambos tipos combinados entre sí.

Todos los circuitos se rigen por unas reglas naturales a las que los hombre les hemos dado el rango de leyes. Estas leyes se basan en la llamada Ley de Ohm que es quien la descubrió, de esta Ley se derivan todas las demás y estas leyes son las que, nos permiten conocer anticipadamente los resultados que se prevén dándolos por buenos, en otros casos se encargan de evitarnos largos procesos que no llevarían a ninguna parte, ya que con el calculo desarrollado nos dicen la inviabilidad del proyecto. Y sin más dilación, vamos a ocuparnos de los siguientes temas:

La Ley de Ohm Circuitos serieCircuitos paraleloCircuitos mixtosEl shuntLas Leyes de KirchoffDivisores de tensión

La Ley de Ohm

George Simon Ohm, descubrió en 1827 que la corriente en un circuito de corriente continua varía directamente proporcional con la diferencia de potencial, e inversamente proporcional con la resistencia del circuito. La ley de Ohm, establece que la corriente eléctrica (I) en un conductor o circuito, es igual a la diferencia de potencial (V) sobre el conductor (o circuito), dividido por la resistencia (R) que opone al paso, él mismo. La ley de Ohm se aplica a la totalidad de un circuito o a una parte o conductor del mismo.

I = V / R  ; 

V = I x R   

En los circuitos de corriente continua, puede resolverse la relación entre la corriente, voltaje, resistencia y potencia con la ayuda de un gráfico de sectores, este diagrama ha sido uno de los más socorridos: 

  Fig. 01

 En este grafico puede apreciarse que hay cuatro cuadrantes que representan: V Voltaje, I Corriente, R Resistencia y W Potencia. De modo que, conociendo la cantidad de dos cualesquiera, nos permite encontrar el otro valor. Por ejemplo, si se tiene una resistencia de 1k y en sus extremos se mide una tensión de 10 Voltios, entonces la corriente que fluye a través de la resistencia será V/R = 0'01A o 10mA. 

De forma similar, la potencia absorbida por esta resistencia será el cociente de V2 / R = 0'1W o 100mW, otra forma de hallar la potencia es con el producto de V x I o sea, 10V x 0'01 = 0'1W, con esto se confirma lo dicho.

Polaridad de una tensión

Dependiendo del flujo de la corriente en un circuito, una tensión tendrá una polaridad. Se establece que, el polo positivo en un circuito es el que corresponde al punto del que fluye la corriente del generador. La dirección de la corriente se indica con una flecha, como se muestra a continuación: 

Fig. 02 

 Así, el lado de la resistencia dónde los flujos entran en la resistencia será el polo positivo del voltaje, el polo negativo es donde los flujos salen hacia fuera. Si la resistencia es de 5 y la corriente es de 2 amperios, entonces el voltaje o la diferencia de potencial sería 10 voltios. 

En electrónica, es normal hablar sobre la diferencia de potencial (d.d.p.) con referencia a un punto que normalmente es cero.  Si este punto no fuera cero, entonces su valor se indicaría claramente, pero por conveniencia, la mayoría de los sistemas tienen una tierra común o masa que normalmente son ceros voltios. 

Los circuitos serie

La corriente en un circuito serie es absolutamente la misma en todos sus puntos. Esto es fácil deducirlo al aplicar el principio de que la resistencia total de un circuito es la suma de todas y cada una de las resistencias que lo forman, dicho de otra forma, en el circuito que se muestra a continuación la corriente que lo atraviesa es de 2 mA, para su comprobación partimos de sumar las tres resistencias que lo forman, 2k + 4k + 6k =12k si la tensión que aplicamos es de 24V, al aplicar la formula, encontramos que la intensidad es de 0'002 A o sea, 2mA. Para el cálculo de la resistencia total en un circuito serie se utiliza esta formula general: RT= R1 + R2 + R3 ... .

 Fig. 03

En este caso no hemos considerado la resistencia interna R i de la fuente de corriente por ser muy pequeña, así como el decremento de la resistencia en las resistencias con el calor provocado por el paso de la corriente, sin embargo si esta Ri por cualquier circunstancia fuera más considerable, esto podría manifestarse con un bajo rendimiento del circuito. Veremos un caso concreto.

En el caso de una batería la cual presenta 12V al medir sus terminales y en cambio al conectar al circuito la carga de una lámpara de coche (12V 100mA), no funciona y sin embargo no está fundida, al medir la corriente de consumo observamos que es de tan sólo 0'05 A. Qué está ocurriendo. Un técnico sospecharía de la carga de la batería y estando la lámpara conectada pasaría a medir la tensión de la batería, obteniendo una lectura de 6V con un consumo de 0'05A. 

Dado que la lámpara no se enciende su filamento no se calienta y consecuentemente su resistencia no varía (caso ideal), en estas condiciones el cociente de la tensión de 6V por la corriente de 0'05A nos indica que la resistencia de la lámpara es de 120, lo esperado.

Otro ejemplo de ayuda con los cálculos. Dos lámparas que indican, 220V - 60W y 220V - 40W respectivamente se encuentran conectadas en serie a una línea de 220V. Qué potencia se transforma en cada lámpara. Ver figura 04.

Fig. 04

Estos son los cálculos:

Fig. 05

Las pequeñas variaciones son debidas a las fracciones decimales despreciadas.

Circuitos paralelos.

Los circuitos paralelos se caracterizan por estar formados por dispositivos cuyas respectivas resistencias están en paralelo respecto a la tensión de alimentación. La particularidad de un elemento que está en paralelo con otro es que la tensión en ambos es la misma, en cambio la corriente total del circuito

es la suma de la corriente que atraviesa cada carga. Para calcular la resistencia total un circuito paralelo, la formula que utilizaremos es la que sigue:

De esta formula como regla general se desprende que, la resistencia total que ofrecen distintas cargas resistivas en un circuito paralelo, es siempre menor que la resistencia de menor valor. La forma del circuito paralelo se aprecia en la figura 06, donde las resistencias pueden representar las cargas de distintos elementos, aplicando la regla general comentada a la figura 06, la resistencia total será: 1'0909 k.

Fig. 06

Un nuevo ejemplo puede aclarar más el tema. Entre los puntos A y B del circuito siguiente se aplica una tensión de 12 V. Qué intensidad circulará por el circuito, cual es la intensidad en cada resistencia y de qué potencia debe ser cada resistencia.

Fig. 07

El calculo nos indica que la resistencia total es de 56'38 y de este resultado obtendremos  la solución del resto. Así que, la intensidad que atraviesa R1 será el cociente de la tensión por la resistencia que será 0'1A, en R2 será de 0'066A y en R3 será de 0'046A, por lo tanto la corriente en el punto A o en el B será la suma de estos, es decir 0'212A o sea 212 mA. 

Hallar el consumo total, es fácil aplicando la formula adecuada. Si aplicamos PT

= I2 * R = 2'55W y si aplicamos PT = V * I = 2'54W como vemos en la práctica es el mismo resultado. La potencia de R1 es de 1'2W, la de R2 es de 0'792W y la de R3 es de 0'552W, al sumar estas potencias encontramos la coincidencia con la potencia total de 2'544W. 

 

Circuitos mixtos.

Estos circuitos son combinaciones del tipo serie y paralelo, su resolución resulta ser un poco más laboriosa, sin embargo, el nivel de dificultad sigue siendo el mismo. Para comprender mejor la dinámica a seguir pondremos un ejemplo que nos ayude a comprenderlo mejor.

La propuesta es, con los datos presentados en la figura 08, queremos conocer el valor de R1, la tensión E del Generador, la corriente total IT que suministra al circuito y la PT.

Fig. 08

Cálculos:

Como siempre ayudándonos del gráfico del principio, vamos a dar solución al problema planteado. Primero la tensión entre A-B será el producto entre R3 y la corriente que la atraviesa 2A que, nos da 120V. VA-B = 120V.

La intensidad en R2, ahora es fácil de hallar, es el cociente de la tensión A-B y su resistencia, esto es 1A. En cuanto a la corriente que fluye por R1 es, también el cociente del cuadrado de la tensión A-B y la potencia en R1= 360W, esto nos da para R1 = 40 .

De aquí obtenemos la intensidad que la atraviesa, esto nos indica que la intensidad en R1 es de 3A. Así podemos saber que, la corriente total del circuito es de 6A que atraviesa a R4 y la tensión en sus extremos (B-C) será de 54V. La potencia total se obtiene del producto de:             PT =174 * 6 =1044W

La tensión del generador G, sabiendo que su resistencia interna es 1 , la tensión en G es, V= 6 * 1 = 6V, que sumados a los 174 nos da 180V,   en el interior de G la tensión es 180 pero G tiene una resistencia interior de 1 así al exterior sólo presenta los 174V.

Resistencia de absorción.

Cuando necesitamos conectar un equipo a un generador o fuente de tensión, cuya tensión es mayor de la que exige el circuito, podemos poner una resistencia en serie que reduzca la tensión de diferencia. Esta resistencia toma

el nombre de resistencia de absorción, su cálculo se lleva a cabo con esta formula: 

            Vd - Vu

Ra = -------------

                 I

Ra = Resistencia de absorción  Vd = Tensión disponibleVu = Tensión útil

   I =  Corriente necesaria

El shunt.

Es el acoplamiento de una resistencia a un galvanómetro, si llamamos Rs a la resistencia del shunt y Rg a la del galvanómetro, así como Is e Ig a las intensidades del shunt y del galvanómetro respectivamente, entonces evidentemente la intensidad total IT será: 

I = Is + Ig ; y también Is * Rs = Ig * Rg

En electricidad y electrónica es bastante corriente utilizar un 'shunt' que consiste en una resistencia derivada que se agrega a un dispositivo de medida para que la intensidad de la corriente que lo atraviesa sea menor que la intensidad de línea. Sea rg la resistencia interna del galvanómetro, en general y rs la del shunt, ver figura 09. 

Fig. 09

Por definición se le denomina poder multiplicador m, a la relación entre la intensidad de línea I y la intensidad ig de G y es la constante por  la que hay que multiplicar ig para obtener la intensidad de línea I.

             I  m = ------- ; 

 [1]

             ig     I =  ig +

ix  

que dividiendo por ig;

                ix

 m = 1+ -------

                ig

[2]

y teniendo en cuenta que la caída de tensión en ambas ramas es idéntica;    rg

+ ig = rs + ix 

que igualando con la expresión [2],

 rg         ix                      

----- =  -----  =   m -1

  rs          ig                 

[3]

   

         rg

rs =--------  

        m - 1 

  [4]

Esta última es la expresión de la resistencia del shunt en función de la resistencia del galvanómetro y del poder multiplicador.

Así, en muchas ocasiones conviene utilizar un miliamperímetro o un voltímetro para medir magnitudes eléctricas que requieren una escala más alta que la que ofrece el instrumento. Para esto es necesario, como se ha dicho, añadirle una resistencia. Al cociente del valor máximo de la nueva escala dividido por el valor máximo de la escala primaria, es lo que se llama factor de multiplicación como se obtiene en la formula [2].

[2a]

La cual podemos recordar mejor con esta nueva formula [2a].

Resistencia de compensación.

En muchas ocasiones, ocurre que en medidas eléctricas hay que 'shuntar' un miliamperímetro sin que varíe la resistencia intercalada en el circuito, evitando de este modo que se falsee la lectura, para ello, se coloca en serie con el galvanómetro y el shunt una resistencia Rx (resistencia de compensación), tal que el nuevo conjunto presente una resistencia rg idéntica a la que presentaba el galvanómetro sólo.

Fig. 10

rg * rs                  

--------- + RX = rg 

 rg + rs               

de donde;

 [5]

Shunt universal.

El shunt universal tiene la ventaja de presentar varios multiplicadores en el mismo medidor, pudiendo elegir uno u otro según convenga. Su esquema (utilizado en los amperímetros), se muestra a continuación:

Fig. 11

Veamos otro método con una evidente diferencia en la construcción. En esta ocasión según se aprecia en la figura 06, siguiente todas las resistencias se encuentran de algún modo sometidas al paso de la corriente, la cual dispone de dos caminos para su recorrido, pero como siempre una imagen mejor que ...

Fig. 06

La corriente I (en la entrada de 500µA) recorre dos por uno 460µA y 40µA por el otro, como y se hemos comentado. Para obtener más información sobre los cálculos específicos recomendamos visitar la documentación puentes de medida.

 

Las Leyes de Kirchoff

Las dos primeras leyes establecidas por Gustav R. Kirchhoff (1824-1887) son indispensables para los cálculos de circuitos, estas leyes  son:

1. La suma de las corrientes que entran, en un nudo o punto de unión de un circuito es igual a la suma de las corrientes que salen de ese nudo. Si asignamos el signo más (+) a las corrientes que entran en la unión, y el signo menos (-) a las que salen de ella, entonces la ley establece que la suma algebraica de las corrientes en un punto de unión es cero:                           (suma algebraica de I)   Σ I = 0 (en la unión)

2. Para todo conjunto de conductores que forman un circuito cerrado, se verifica que la suma de las caídas de tensión en las resistencias que constituyen la malla, es igual a la suma de las f.e.ms. intercaladas. Considerando un aumento de potencial como positivo (+) y una caída de potencial como negativo (-), la suma algebraica de las diferencias de potenciales (tensiones, voltajes) en una malla cerrada es cero:                         (suma algebraica de E)    Σ E - Σ I*R = 0    (suma algebraica de las caídas I*R, en la malla cerrada)

Como consecuencia de esto en la práctica para aplicar esta ley, supondremos una dirección arbitraria para la corriente en cada rama. Así, en principio, el extremo de la resistencia, por donde penetra la corriente, es positivo con respecto al otro extremo. Si la solución para la corriente que se resuelva, hace que queden invertidas las polaridades, es porque la supuesta dirección de la corriente en esa rama, es la opuesta.

Por ejemplo:

Fig. 12

Las flechas representan la dirección del flujo de la corriente en el nudo. I1 entra a la unión, considerando que I2 e I3 salen. Si I1 fuera 20 A e I3 fuera 5 A, I2

tendría 15 A, según la ley de voltaje de I1=I2 + I3. La ley de Kirchoff para los voltajes es, la suma de voltajes alrededor de un circuito cerrado es igual a cero. Esto también puede expresarse como la suma de voltajes de un circuito cerrado es igual a la suma de voltajes de las fuentes de tensión: 

Fig. 13

En la figura anterior, la suma de las caídas de voltaje en R1, R2 y R3 deben ser igual a 10V o sea, 10V =V1+ V2+ V3. Aquí un ejemplo:

Fig. 14

Las corrientes de I2 e I3 y la resistencia desconocida R3 centran todos los cálculos, usando la teoría básica de la corriente continua. La dirección del flujo

de la corriente está indicado por las flechas.

El voltaje en el lado izquierdo (la resistencia R1 de 10 Ω), está saliendo del terminal superior de la resistencia. 

 La d. d. p. en esta resistencia R1 es de I1 * R o sea, 5 voltios. Esto está en oposición de los 15 voltios de la batería. 

 Por la ley de kirchoff del voltaje, la d. d. p. por la resistencia R2

de 10 Ω es así 15-5 o sea, 10 voltios.   Usando la ley Ohm, la corriente a través de la resistencia R2

10 Ω es entonces (V/R) 1 amperio.   Usando la ley de Kirchoff de la corriente y ahora conociendo el

I1 e I3, el I2 se encuentra como I3=I1+I2 por consiguiente el amperaje de I2= 0.5A. 

 De nuevo, usando la ley de Kirchoff del voltaje, la d. d. p. para R3 puede calcularse como, 20 = I2*R3 +10. El voltaje por R3 (el

I2*R3) es  entonces 10 voltios. El valor de R3 es (V/I) o 10/0.5 o 20Ω.

Otro ejemplo:

Supongamos que queremos saber la potencia de cada fuente de tensión y la potencia que disipa cada resistencia en el siguiente circuito:

Para resolver el problema planteado en este circuito, debemos plantear las ecuaciones de cuatro mallas como se muestra en la siguiente figura.

Para simplificar las ecuaciones en principio suprimimos las fuentes de corriente.

Malla1:

V1 + Im1*VR1 + Im1*VR2 + Im1/VR3 - Im2*VR3 = 0 Malla2:

Im2*VR3 - Im1*VR3 + Im2*VR4 = 0 Malla3:

Im3*VR4 - Im2*VR5 - Im4*VR5 + Im3*VR6 - Im4*VR6 = 0 Malla4:

-V2 + Im*VR6 - Im3*VR6 - Im3*VR5 + Im4*VR7 + Im4*VR8 = 0

De donde:

Im1 = A12, Im2 = A1, Im4 = A2

A3 = Im1 - Im2, A4 = Im2 - Im3, A56 = Im3 - Im4 Planteadas las ecuaciones, podremos calcular sus variables y resolveremos como ya es habitual en estos casos.

Los Divisores de corriente

La corriente que entra a un nodo sale dividida en dos partes, la corriente a través de una rama sale como se muestra debajo:

 

para I1 yFig. 14                                                            

  para I2 

Los Divisores de tensión.

Fig. 15

Puede calcularse el voltaje en R1 usando la ecuación:

Puede calcularse el voltaje en R2 usando la ecuación:

Si no le ha quedado claro lo descrito sobre los divisores de tensión se recomienda este enlace, para una mejor comprensión del tema.