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Las celdas químicas, fuente de la corriente directa de las linternas y de otros dispositivos portátiles, fueron inventadas por Alessandro Volta en 1800. La electricidad estática había sido conocida desde la antiguedad y fue estudiada por Coulomb, Benjamín Franklin y muchos otros. Dichos estudios, sin embargo, utilizaban un voltaje relativamente alto (también conocido como potencial eléctrico), mientras que las celdas químicas tan solo producían aproximadamente 1.5 voltios. ¿Cómo supo Volta que la corriente producida por sus celdas contenía el mismo "fluido" que la electricidad estática? En realidad, en este punto tan solo puedo suponer. Volta combinó celdas para formar una "pila voltaica", una primitiva batería eléctrica, y es posible que logró un voltaje suficientemente alto para poderlo registrar en un electroscopio. Pero también pudo haber amplificado el pequeño voltaje mediante un instrumento que había diseñado, un electróforo. Usted puede fácilmente demostrar la segunda opción utilizando en su mayoría equipo encontrado en la cocina––una tabla plana para picar comida, una hoja de aluminio (papel aluminio), plástico autoadherible para envoltura de alimentos, cinta adhesiva, una bolsa de plástico y un sartén para freir de fondo plano. También necesitará un cable eléctrico delgado (hilos obtenidos de un cable telefónico será suficiente), una pila seca de 1.5 voltios y un probador de circuitos con lámpara de neón, del tipo utilizaedo para revisar los circuitos casero, para verificar si algún conductor está electrificado o no. La lámpara de neón necesita aproximadamente 70–90 voltios antes de encenderse, pero con nuestro primitivo electróforo, la pila de 1.5 voltios también producirá un destello. Esto creará una demostración razonable en el salón de clases y un buen proyecto de ciencias. Un electróforo es escencialmente un capacitor de placas paralelas, en la cual una placa puede ser levantada. Una placa de metal reposa sobre una mesa, y sobre ella se pone una hoja de material aislante (dieléctrico), y sobre ella se pone una segunda placa con un asa aislada. El capacitor es cargado mediante una fuente externa (por ejemplo, la electricidad estática producida mediante fricción), entonces cuando el operador levanta la placa superior por el asa, se encuentra que tiene un voltaje más grande. Después la mayoría de la carga puede ser transferida a otro conductor aislado, tocándolo con la placa móvil. Repitiendo este procedimiento una y otra vez, ese conductor puede acumular una carga apreciable, cada una a un voltaje cada vez mayor. Formalmente, si C es la capacitancia, Q la carga en el electróforo y V es su voltaje, entonces
En donde k depende de las unidades utilizadas. Inicialmente las dos placas están separadas tan solo por el delgado dieléctrico, de manera que C es apreciable, pero V es pequeña. Conforme se levanta la placa superior, C se hace muy pequeña, pero dado que la carga eléctrica en la parte superior no puede escapar, Q permanece constante pero V tiene que incrementarse en el mismo factor que C se disminuye. De aquí proviene el alto voltaje. A un nivel intuitivo, inicialmente las dos placas tienen carga con signos opuestos, digamos, positivo en la parte superior y negativo en la inferior, y estas se atraen una a la otra. Al levantar la placa superior separamos las cargas y realizamos un trabajo mecánico en contra de su fuerza atractiva. Hemos invertido energía en el campo eléctrico, y este debe ir a algún lado, en este caso, fue para elevar el voltaje. Algo similar puede ocurrir con las transparencias de un proyector de acetatos, el cual fue creada en una copiadora xerox. Si, conforme vayan saliendo de la máqina, las coloca descuidadamente una sobre otra, encontrará que rápidamente se adhieren unas a otras, debido a la carga eléctrica impartida por el proceso de copiado. Y si entonces, sin fijarse, las separa, esto hará que la carga eléctrica se haga peor. Claro que ocurre--al separar las hojas, ¡ha invertido trabajo mecánico y ha elevado el voltaje! En la próxima ocasión manténgalas separadas, dejando que se enfríen después de que salgan de la copiadora y permitiendo que la carga lentamente se vaya. De manera similar, el trabajo contra las fuerzas eléctricas es la fuente de energía detrás de la operación del generador de Van de Graaff ( y de otras máquinas electrizantes), así como el mecanismo que genera los rayos (vea el Generador de Van de Graaff).
 Regresemos a nuestro electróforo (vea el dibujo). La placa inferior es la parte plana superior de la tabla de picar, cubierta con papel aluminio; las orillas sombreadas en el dibujo son las orillas de dicho aluminio, mientras que la parte intermedia entre el aluminio está cubierta por otra placa, dibujada en blanco. Doble las esquinas del aluminio alrededor de la parte inferior (de acuerdo al dibujo) para fijar el aluminio, o de lo contrario utilice pequeñas tiras de cinta adhesiva para pegarlo. Sobre el centro del aluminio envuelva el plástico autoadherible (el área blanca bajo el sartén), dejando en cada lado aproximadamente una pulgada (2.5 cm) de aluminio descubierto, para realizar las conexiones eléctricas. También cubra el sartén con papel aluminio, (no está dibujado; debe estar plano en la parte inferior), y deslice una pequeña bolsa de plástico alrededor del asa, para asegurarse que la mano que sostendrá el sartén esté aislada eléctricamente. Finalmente, tome una tira doblada de aluminio y póngala sobre la parte superior del plástico autoadherible (vea el dibujo), de aproximadamente 1.5" x 4" (4cm x 10cm). Un extremo de la tira debe estar bajo el sartén y la otra debe sobresalir, toda en el lado opuesto del asa. Este será su interruptor. Necesitará 4 piezas de alambre. Quite el aislamiento aproximadamente a 1/2" (1.2cm) de los extremos (1" (2.5cm) en los extremos que van a la lámpara de neón). Para quitar el aislamiento puede utilizar pinzas o un cuchillo afilado, pero también es igualmente bueno el utilizar un buen cortauñas del tipo que parece pinzas pequeñas. Coloque con cuidado las pinzas alrededor del punto en donde va a cortar el aislamiento, con suficiente fuerza para cortar el aislamiento, pero no lo suficientemente fuerte como para cortar el alambre--entonces jale hacia la orilla del cable, deslizando el aislamiento hasta quitarlo. Conecte eléctricamente dos alambre a los extremos de la pila seca, utilizando cinta para fijarlos en su lugar. Utilice cinta para fijar los otros extremos de los alambres--un al aluminio inferior, y el otro al interruptor. Con los otros dos alambres, enrolle los extremos más grandes sin aislante alrededor de las terminales del probador de lámpara de neón y fíjelos con cinta adhesiva, entonces pegue los otros extremos al aluminio inferior y al aluminio que envuelve al sartén. El dibujo muestra pinzas caimanes para conectar los alambres, y esos trabajan bien también, pero pegándolos con cinta al aluminio o a las terminales del probador de neón es igualmente efectivo. En este punto, con el sartén sobre el plástico autoadherible, tocando el "interruptor" de aluminio (¡pero sin estar en contacto con el aluminio inferior, lo cual cortocircuitaría la pila seca!), el sartén se carga debido a la pila a un valor de 1.5 voltios. El mismo voltaje existe en el tubo de neón, pero por supuesto ese voltaje es demasiado pequeño para que se ilumine. Ahora levante el sartén, de manera que primero se desprenda del interruptor; hasta que deje de haber contacto, cualquier incremento en el voltaje es descargado a través de la pila seca y se pierde. La mejor manera de comenzar es levantando el sartén haciendo pivote alrededor del punto bajo el asa, de manera que el otro extremo del sartén se levante primero. Al levantarlo, la luz de neón destellará. No muy brillantemente, pero completamente identificable. También he experimentado con un electroscopio casero, hecho con papel de aluminio, un vaso de vidrio y un clip para hojas grande, todos utensilios de cocina adecuados, pero más allá de un leve movimiento, el voltaje generado no fue registrado. tal vez una buena pila voltaica es necesaria para reemplazar la celda seca... |