Marco Teorico

En nuestras casas, la electricidad permite que funcionen las lamparitas eléctricas, la televisión, la tostadora y muchas otras cosas. Es muy difícil imaginar nuestra vida sin ella.
Ahora bien, nos damos cuenta de qué es lo que podemos hacer con ella pero, ¿qué es la electricidad?.
La electricidad es una forma de energía. Energía es poder... el poder de hacer, de hacer por ejemplo que las cosas se muevan y de hacer que las cosas funcionen.
Para entender qué es la electricidad debemos comenzar con los átomos. Los átomos son pequeñas partículas que son muy difíciles de ver, y son los elementos con los que está hecho todo a nuestro alrededor.
Un átomo está compuesto por protones, electrones y neutrones. El centro de un átomo, al cual se llama “núcleo”, tiene al menos un protón.
Alrededor del núcleo viajan los electrones (en igual cantidad que los protones) a gran velocidad.
Los protones y electrones tienen una propiedad llamada carga, la de los protones es de signo positivo y la de los electrones es de signo negativo. Los neutrones no tienen carga. Los protones y electrones se atraen entre sí porque tienen cargas de distinto signo. En cambio las partículas que tienen cargas del mismo signo se repelen.
La fuerza que actúa entre ellos es la fuerza eléctrica.

La electricidad forma parte de nuestro universo desde su origen. Una de sus manifestaciones más espectaculares son los rayos. En la antigüedad, cuando no conocían la electricidad, muchas culturas atribuyeron este fenómeno a la acción de los Dioses. Por ejemplo, los griegos pensaron que eran lanzados por el dios Zeus. Los vikingos suponían que eran provocados por el dios Thor, cuando golpeaba un yunque con un martillo. Los incas, en cambio, creían que el rayo era una de las formas en que se comunicaban la divinidad de la tierra (Pachamama) y la divinidad del mundo de arriba (Wiraqocha). Para ellos el mundo aparecía compuesto por tres planos: Hana pacha (el mundo de arriba), Kay pacha (el mundo de aquí), y Ucu pacho o Urin Pacha (el mundo de abajo). Además del rayo, en la antigüedad observaron también otras formas de la electricidad, pero seguramente sin saber de qué se trataba. Alrededor del año 600 antes de Cristo, un matemático griego llamado Thales de Mileto descubrió que luego de frotar ámbar con una piel éste atraía objetos livianos. Puede ser que alguna otra persona hubiera notado esto previamente, pero él fue el primero en registrar sus observaciones. De este modo, sin darse cuenta, había descubierto la electricidad estática. Con el transcurrir del tiempo otros investigadores observaron que el ámbar no era el único material con esta propiedad, también el diamante al ser frotado con una piel adquiría la propiedad de atraer objetos pequeños.

Algunas frutas y vegetales, sobre todo los cítricos   contienen un líquido (electrolito)que es el conductor de electricidad y por lo tanto se puede utilizar para completar un circuito eléctrico.

La carga eléctrica que se puede producir utilizando alimentos es pequeña, pero suficiente como para encender una calculadora u otro apratos que requieran cantidades, pequeñas de electricdad por ejemplo una  naranja podría ser utilizada como batería, tambien se puede utilizar un “reloj de papa “para lo cual se requiere utilizando alambres de Zinc y de cobre: Este reloj puede funcionar bien durante algunas semanas hasta que la para se seque. También podemos utilizar frutas manzanas , peras, naranjas. 

Agua pura: en mil toneladas de agua de la canilla encontraremos, aproximadamente, 500 kilos de sustancias sólidas disueltas. Para poder obtener agua pura habría que sacar gran parte de estas sustancias sólidas disueltas, esto se lograría por métodos de purificación del agua. Entonces, en mil toneladas de agua pura, encontraremos sólo unos 30 gramos de sustancias sólidas disueltas. Aislante: material que presenta una gran resistencia al pasaje de la corriente. Algunos ejemplos de aislantes son el vidrio, los plásticos, la goma. También son aislantes el aire seco y el agua pura (¡¡¡ no la que obtenemos de la canilla!!!). Ambar: es la resina de árboles fosilizada. Se presenta en diversos tonos de amarillo con trazas de naranja y marrón. Los depósitos más grandes se encuentran en las orillas del Mar Báltico. Amperio: unidad de medida de la corriente eléctrica. (A) Átomo: la unidad más pequeña de materia. Se han encontrado 112 átomos diferentes. Todo en el mundo está constituido con estos bloques fundamentales. Está formado por un núcleo (compuesto de neutrones, que son neutros, protones que tienen carga positiva) alrededor del cual orbitan los electrones (que tienen carga negativa). Conductor: material que permite la circulación de la electricidad con facilidad. Los electrones de los átomos de un conductor pueden moverse con facilidad. Corriente eléctrica: el movimiento, o circulación, de cargas eléctricas. Electrón: partícula cargada negativamente que orbita al núcleo. Electroscopio: aparato que permite medir cargas eléctricas.   Energía: la capacidad de hacer trabajo. La gente obtiene energía de los alimentos, el televisor de la corriente eléctrica. Generador: se usa para transformar energía mecánica en energía eléctrica. Hidroelectricidad: es la electricidad obtenida de la energía del agua. Mediante la fuerza del agua que cae desde cierta altura, se hace girar una turbina creando energía mecánica que, por medio de un generador, se transforma en corriente eléctrica. Kilovatio: 1000 vatios. (kW) Lamparita incandescente: una lámpara que emite luz debido al resplandor de un filamento muy caliente. Líneas de distribución: Son gruesos cables que llevan la corriente eléctrica desde la central de generación hasta las subestaciones de transformación. Megavatio: 1.000.000 vatios. Núcleo atómico: la parte más pesada del átomo. Constituido por protones y neutrones. El elemento más sencillo es el Hidrógeno. Hay tres tipos de Hidrógeno, el más común tiene un núcleo constituido por un protón. El deuterio es Hidrógeno cuyo núcleo está constituido por un protón y un neutrón, sólo el 0.0156% del Hidrógeno está formado por deuterio. El Tritio es Hidrógeno cuyo núcleo está constituido por 2 neutrones y un protón, es muy poco usual. Por otra parte, el Uranio es uno de los elementos mas pesados. Se encuentra en la naturaleza en tres formas. El mas pesado tiene en su núcleo 92 protones y 146 neutrones, de allí viene su nombre: Uranio-238. También es el mas abundante, el 99,27% del Uranio que se encuentra en la naturaleza es de este tipo. Luego esta el Uranio-235 (92 protones y 143 neutrones) y constituye el 0.72% del Uranio que encontramos en la naturaleza. Finalmente encontramos el Uranio-234 (92 protones y 142 neutrones) que solo constituye el 0,006 % del Uranio. Observa que un dado elemento esta caracterizado por el numero de protones en su núcleo (y por lo tanto el numero de electrones) y no por el numero de neutrones! Ohmio: unidad de medida de la resistencia eléctrica. (Ohm) Protón: partícula cargada positivamente que conforma junto con el neutrón el núcleo de los átomos. Transformador: aparato utilizado para incrementar o disminuir el voltaje y la corriente. Vatio: unidad de medida de potencia. (W) Voltaje: diferencias de potencial eléctrico que genera una fuerza que provoca la circulación de cargas eléctricas. Voltio: unidad de medida del voltaje. (V)  ¿como generan electricidad los alimentos? Los metales y las sales  disueltas en los alimentos son capaces de conducir la electricidad. Dependiendo de la composición de los alimentos se  podrá en menor o mayor proporción conducir y generar energía eléctrica. El ingenio del hombre ha llevado a producir la energía a partir de los alimentos, sin embargo no es capaz de hacerlo a nivel industrial para suministrar energía a millones de personas ya que no es posible los metales dentro de los alimentos se oxidan liberando energía de forma continua, esa energía liberada provee una parte de los requerimientos energéticos que necesita nuestro cuerpo para realizar sus actividades todos los días. La energía que consume nuestro cuerpo es energía calorífica no es energía eléctrica. Para utilizar Esa energía calorífica como electricidad se debe transformar la energía calorífica en energía eléctrica. Es una reacción de corrosión. El ácido de la fruta corroe el zinc. La reacción de corrosión es una reacción de oxidación lo que implica que el zinc sede electrones, estos viajan hacia el cobre, esto es porque el zinc tiene un potencial de oxidación más alto que el cobre. El zinc termina formando sales con los ácidos de la fruta. Por tratarse de un movimiento de electrones, es una reacción electroquímica.

Para hacer la "batería de limones" se necesita:

1) Uno o más limones.
2) Trozos de cable eléctrico de cobre aislado para las conexiones.
3) Un pedazo de zinc.
4) Un pedazo de cobre.
5) Pinzas conectoras (tipo cocodrilo).

La electricidad generada por esta batería se puede usar de distintas maneras.
Puedes elegir una o más de las siguientes opciones:

- Para encender una pequeña bombita de luz (preferentemente un diodo LED).
- Para hacer funcionar 1 calculadora elemental (y no muy cara).
- Para accionar un multímetro (el aparato usado por los electricistas para medir electricidad).
- Para generar campos magnéticos que hagan mover la aguja de una brújula.

El pedazo de cobre puede ser una moneda, como esta moneda argentina de 50 centavos con 92 % de Cobre y 8 % de Alumnio

 

El pedazo de zinc puede ser un clavo galvanizado.

En talleres o ferreterías también es posible conseguir recortes metálicos de zinc y cobre. Se han construido "batería de limones" con tiras rectangulares de 1cm x 5cm y de 1 mm de espesor.

Construcción de la "batería de limones"
Elegimos varios limones con buen aspecto, si son grandes y jugosos mejor.
Se sugiere "amasar" suavemente los limones, como para que suelten el jugo sin que se rompan.
Insertar el pedazo de zinc (el clavo galvanizado) y el pedazo de cobre (una moneda) en el limón.
El pedazo de zinc y el pedazo de cobre no deben tocarse.

Hasta aquí hemos construido lo que se conoce como una celda de la batería.

Los pedazos de zinc y cobre serían los electrodos de nuestra batería, mientras que el jugo dentro del limón sería el electrolito.

Todas las pilas y baterías tienen un terminal positivo "+" y otro negativo "-".
La corriente eléctrica es un flujo de partículas atómicas llamadas electrones.
Si se conectan los electrodos de nuestra batería con un cable metálico, los electrones saldrán por el cable desde el terminal "-" hacia el terminal "+" generando una corriente eléctrica.
Y esta corriente eléctrica que pasa por el cable se puede usar para lo que uno desee, ya sea encender una bombita, hacer funcionar una calculadora, etc.
En nuestro caso, el zinc es el terminal negativo y el cobre el positivo.
Para ver que esta batería de limones está funcionando, usamos este aparatito llamado voltímetro (o multímetro, o téster).

Conectamos un extremo de cable de cobre a cada terminal (para esto es conveniente usar las pinzas cocodrilo) y los otros extremos al multímetro.

En el dibujo, el multímetro muestra que nuestra batería está generando un voltaje de 0.906 volts.

Lo más importante es que el multímetro nos está diciendo que nuestra batería realmente funciona.
Pero como seguramente ya habrás visto, muchos aparatos eléctricos necesitan más de una pila o batería para funcionar.

Si conectáramos los terminales de nuestra "batería de limones" a una bombita, en vez de al multímetro, no conseguiríamos encenderla, debido a que un solo limón no genera la suficiente cantidad de corriente eléctrica.

Para lograr una corriente eléctrica mayor, construimos más "baterías de limones" y las conectamos entre sí para lograr un mayor voltaje.
La conexión entre "baterías de limones" se hace con cables metálicos desde el terminal "+" de una al terminal "-" de la otra, como se indica el dibujo.
En esta figura vemos que la conexión en serie de las dos "baterías de limones" produce ahora un voltaje mayor, de 1.788 volts. Este valor no es todavía suficiente para encender una bombita.

Observa que el cable rojo une el trozo de zinc de uno de los limones (terminal "-" ) al trozo de cobre del otro limón (terminal "+" ).


Ahora usamos esta "baterías de limones" para encender una lamparita
Para conseguir encender una bombita común, se necesitaría producir mayor corriente eléctrica, es decir que deberíamos conectar entre sí muchísimos limones.

A continuación te mostramos cómo hacer destellar una pequeña bombita de luz, como la usada en las linternas.
Para no conectar demasiados limones, emplearemos una bombita de muy bajo consumo, usada en las linternas más modernas.
Estas "bombitas" son conocidas como diodos LED (siglas de Light-Emitting Diode, es decir, Diodo Emisor de Luz).
Conectemos cuatro "baterías de limones" entre sí, tal como hicimos en la figura de abajo.

Verás que ahora el multímetro mide un voltaje mayor.
En el experimento mostrado en la figura 6 se observa que las cuatro "baterías de limones" producen un voltaje de 3.50 volts.

El valor obtenido puede variar en cada experimento. En el caso mostrado en la figura, la corriente eléctrica que se obtiene con los cuatro limones debería suficiente para producir un tenue destello de una lamparita.
En la figura de abajo se muestra cómo conectar la lamparita a la combinación de cuatro "baterías de limones". Tenemos lo que se llama un circuito eléctrico.

En esta figura los electrones salen del pedazo de zinc o terminal "-" de uno de los limones de los extremos, pasan por los cables, pasan por la lamparita y la hacen destellar, y vuelven a través de los cables al pedazo de cobre o terminal "+" del limón del extremo opuesto.

Las "lamparitas" de diodos LED tienen dos terminales.

Para que sea fácil distinguir estos terminales, hay en la base del LED una parte chata (indicada por la flecha) que indica el terminal que debe ser conectado al cable que sale del pedazo de zinc o terminal "-" de nuestra "batería de cuatro limones".

 

Para hacer una buena conexión entre la lamparita y nuestra batería, usamos las pinzas cocodrilo.
...Si todo anduvo bien, veremos un destello más o menos tenue de la lamparita

Principio de funcionamiento

Nuestra "batería de limones" transforma energía química en energía eléctrica.

Esencialmente, los electrones son producidos por la reacción química entre el ácido contenido en el limón y el trozo de zinc.

Cuando se connecta un cable entre los electrodos, los electrones fluyen por el mismo, desde el terminal negativo al terminal positivo, gastando la batería (no hacerlo con baterías potentes, puede ser peligroso).

Normalmente, no se conecta solamente un cable, sino una carga como una lamparita, un motor o el circuito eléctrico de algún aparato como la radio o el walkman.
En el interior de una pila o batería comercial siempre hay una sustancia química (llamada electrolito) que produce los electrones y dos terminales metálicos (llamados electrodos), por donde los electrones entran o salen.

En nuestro caso la sustancia química es el ácido del limón y los electrodos los trozos de zinc y cobre.

Los electrodos siempre están marcados con los signos "+" y "-".

En las pilas normales (como las pilas tipo AA, C o D) los electrodos son los extremos y en una batería de auto son dos trozos de plomo.