IC.2 Electrólisis
Es la producción de una reacción de oxidación-reducción no espontánea mediante el paso de la corriente eléctrica a través de un electrolito

Un electrolito sería, una sustancia iónica cuyos iones tienen movilidad por estar disuelta o fundida.

2Cl^- → Cl² + 2e^-
2H⁺ + 2e^- → H²

En el electrodo positivo (conectado a la raya más larga del símbolo de la pila), se produce la reacción en la que se desprende cloro y en el negativo, se produce el hidrógeno, ambos son gases y se desprenden burbujeando. En otras reacciones de este tipo no se producen gases.

IC.3 Condensador
Es un dispositivo que consta de dos placas metálicas (o al menos conductoras) separadas por una sustancia aislante. Cuando estas placas se conectan a una pila o a una máquina electrostática, en general, cuando se someten a una diferencia de potencial, las placas adquieren cargas iguales y opuestas.

Si se desconecta de la pila, mantiene la carga y si conectamos las placas con un conductor, el condensador se descarga, esto es, las cargas negativas, que son las que pueden moverse, pasan de la placa en la que están , a la placa cargada positivamente, a través del camino que les proporcionamos. Si ese camino incluye una lámpara de neón o un diodo led, lucirán en el breve tiempo que dura la descarga.
Hemos visualizado una conducción de cargas y uno de sus efectos.

El condensador se descubrió cuando Musschenbroeck intentó almacenar carga eléctrica en la botella de Leiden. Realmente consiguió almacenarla pero de un modo diferente al esperado.

IC.4 Explicación de la atracción de cuerpos neutros por un cuerpo cargado

Un cuerpo cargado atrae a un cuerpo descargado. ¿Por qué?. Consideremos un tubo cargado y un trocito de pan de oro. En este caso, las cargas positivas del tubo cargado atraen a las negativas del pan de oro, esas negativas se mueven hacia el tubo y quedan en la zona de superficie del pan de oro, próxima al tubo. En el otro extremo quedan cargas positivas. Las cargas positivas del tubo atraen a las negativas del pan y repelen a las positivas. Hay una fuerza neta de atracción porque la fuerza que ejerce el tubo va disminuyendo con la distancia.

Esto no ocurriría si la fuerza no variara con la distancia, como en el caso en el que fuera creada por una lámina cargada de extensión muy grande. Entonces las fuerzas atractiva y repulsiva serían iguales.

IC.5 Unidades de medida

A continuación se muestran equivalencias entre unidades de medida que salen en los textos y las unidades de medida actuales del sistema métrico decimal.

IC.6 Lámpara de incandescencia

La lámpara de incandescencia actual consiste en un filamento de wolframio, enrollado helicoidalmente, situado en un bulbo de vidrio, relleno de argón (90 %) y nitrógeno (10 %).
Se dice que la lámpara de incandescencia fue inventada por Edison en 1879 pero esto es una simplificación errónea. Es interesante conocer la historia ya que ayuda a conocer las características generales de la evolución de los objetos tecnológicos, que nunca es simple.
Diremos que se utiliza el wolframio por su alto punto de fusión (3400 ^oC) y la posibilidad de obtener filamentos muy finos. El gas sirve para disminuir la pérdida de calor y también la vaporización del metal. También ese es el motivo de la forma del filamento. La temperatura del mismo es de 2200 ^oC. Cuanto más elevada se la temperatura más rápidamente se vaporizará pero por otro lado, la luz será más blanca (a partir de 2000 ^oC el color de la luz emitida es bastante satisfactorio). Actualmente duran alrededor de mil horas.
Las primeras lámparas de incandescencia, en 1841 fueron de filamento de platino (punto de fusión 1770 ^oC). En 1845 se comenzaron a interesar por el carbono, aunque ardía con el oxígeno del aire por lo que se pensó en introducirlo en una ampolla, con un vacío que debía se bastante alto. En 1879, Edison hizo funcionar una lámpara de filamento de carbono obtenido a partir de fibra de bambú. En 1880, Swan patentó una lámpara que funcionaba durante 400 horas con un filamento obtenido a partir de hilo de algodón carbonizado. Edison era un inventor avispado y supo rodearse de científicos y banqueros. En 1888, Swan tubo que consentir en asociarase con él.
El filamento de carbono era frágil y daba una luz amarilla pues solo se alcanzaban los 1600 ^oC. Posteriormente se adoptó el wolframio por las razones citadas.
La tendencia actual es sustituir las lámparas de incandescencia por lámparas de descarga o lámparas fluorescentes que tienen un rendimiento luminoso y una duración superiores. Tengamos en cuenta que alrededor del 90 % de la energía consumida por una lámpara de incandescencia se transforma en radiación infrarroja, calorífica pero no luminosa.

IC.7 Energía

La energía es una magnitud muy abstracta. No tenemos un modelo como es el caso de los átomos para la materia ordinaria. Tiene dos propiedades básicas: se transforma y se conserva (en un sistema aislado en el que no pueda entrar ni salir).
Por ejemplo, un futbolista le da una patada a un balón. El balón describe una curva, cae al suelo y al final queda en reposo. Hay varias transformaciones de energía, que vamos a describir simplificadamente: El futbolista pierde algo de su energía química, que se transforma en energía cinética de su pierna, la cual se transforma en energía elástica del balón, ésta en energía cinética del mismo, que va disminuyendo conforme el balón se eleva del suelo y va aumentando su energía potencial gravitatoria, cuando desciende ocurre al revés, en los botes, hay transformaciones de energía elástica, en cinética, y viceversa, y se produce algo de calor. Hay una fórmula para cada tipo de energía. Si pudiéramos medir con precisión las magnitudes precisas en cada caso, comprobaríamos que la energía de un tipo, que se pierde es igual a la que se gana de otro tipo. Así ocurre también en los circuitos eléctricos.

IC.8 Rayos

Son descargas eléctricas de gran intensidad y corta duración que se producen entre una nube y la tierra o entre dos nubes.
No hay una teoría bien establecida y aceptada sobre su origen. La hipótesis más plausible es que, debido a las fuertes corrientes de aire que existen durante las tormentas y en la formación de las mismas, los cristales de hielo y las gotas de agua que hay en las nubes rozan entre sí y producen cargas eléctricas, positivas en la parte superior de la nube y negativas en la inferior y al mismo tiempo, por inducción, en la superficie de la tierra aparecen cargas positivas. Las fuerzas eléctricas debidas a todas estas cargas, entre la nube y la tierra llegan a ser capaces de ionizar el aire, inicialmente en las proximidades de la nube, lo que inicia un camino para el rayo, y después en la superficie de la tierra, lo que llega a completar el camino, con la forma característica ramificada, y se producen las descargas.
El relámpago es una fuerte luminosidad que se produce como consecuencia del rayo. Si está muy alejado no se percibe sonido por la atenuación del sonido o disminución de su intensidad con la distancia.
El trueno es el ruido que se produce simultáneamente a la producción del rayo. Es debido al calentamiento brusco (hasta 25.000 ^oC) y consiguiente expansión local rápida del aire del canal por el que se produce la descarga eléctrica. Esta expansión tiene lugar con una velocidad mayor a la del sonido por lo cual se produce una onda de choque, como las de los aviones cuando superan la velocidad del sonido.
Podemos conseguir en el laboratorio una descarga eléctrica similar a los rayos con un carrete de Ruhmkorff.
Puedes conseguir más información sobre rayos y sobre meteorología en general pinchando aquí.

IC.9 Electróforo

Consiste en una lámina metálica con un mango aislante (plastico, vidrio, etc.), perpendicular a la misma. Sirve para conseguir acumular una cierta cantidad de carga en la lámina metálica. Para ello, se frota la superficie de una lámina de plástico con un paño (según el tipo de plástico irá mejor un material u otro para el paño. En los equipos de prácticas de electrostática se incluye una piel de gato). Después de frotada, se le coloca encima el electroscopio , se toca la parte superior de la lámina metálica y queda cargado.. Lo cogemos por el mango y tenemos la lámina metálica con una cantidad de carga, que perderemos en cuanto volvamos a tocarla. El proceso puede repetirse las veces que se quiera. No es necesario cargar cada vez la lámina de plástico frotando.

IC.10 Electroscopio

Consiste en una varilla metálica en uno de cuyos extremos se colocan dos láminas también metálicas, muy delgadas, por ejemplo de pan de oro. También se puede colocar otra varilla muy fina, que pueda girar por un eje perpendicular a la misma, que pase por su centro. El otro extremo puede terminar en una bola, aunque esa terminación no es decisiva. El conjunto está situado en un soporte que lo aísle eléctricamente, por ejemplo en una botella.

Puedes contemplar una animación sobre el electroscopio pinchando aquí.

IC.12 Lámpara de neón

Es un tubo que contiene neón a baja presión y unas piezas metálicas, llamadas electrodos. Al someterlo a una diferencia de potencial suficientemente grande, el gas se ioniza y emite luz. Simultáneamente hay una corriente eléctrica de iones positivos en un sentido y de electrones en sentido contrario.

IC.13 Carrete de Ruhmkorff

Es un tipo de transformador consistente en un núcleo de hierro dulce que lleva enrolladas encima dos bobinas, el primario con pocas espiras y el secundario con varios miles de ellas. El primario se alimenta con un generador de pequeña fuerza electromotriz y por un dispositivo mecánico semejante al de un timbre eléctrico se abre y cierra varias veces por segundo, con lo cual la corriente que pasa por él experimenta cambios bruscos y esto produce en el secundario una tensión muy alta, por tener muchas espiras, capaz de ionizar el aire en unos terminales preparados al efecto y hacer saltar una chispa entre los mismos, semejante a un rayo.

En la figura se representa el circuito del primario con hilo grueso y en él está incluido una pieza que llamamos martillo M y otra, tornillo, T. En el momento que está representado, el circuito del primario está cerrado, pasa corriente, el núcleo de hierro dulce al que está arrollado, junto con la misma bobina, actúan como un imán y atraen la cabeza del martillo, con lo cual el circuito se interrumpe.

Ese cambio brusco de corriente es responsable de que se genere una alta tensión en la bobina llamada secundario, que se traduce en una alta tensión entre los terminales S y S´. Al haberse interrumpido la corriente en el primario, deja de actuar como un imán, deja de atraer al martillo y este recupera su posición primitiva con lo que vuelve a cerrarse el circuito y estamos al principio del ciclo.

IC.14 Relación de equivalencia y fuerzas eléctricas

¿Qué tendríamos que observar para poder decir que hay tres clases de carga?
Las descripciones de las fuerzas de cuerpos electrizados por frotamiento son de este tipo:
• El vidrio atrae a la ebonita.
• El vidrio repele al cristal de roca.
• El pelo atrae a la goma-laca
• La goma-laca atrae a la seda.
• La seda repele a la madera
• El papel atrae a la lana

De aquí se deduce la existencia de dos clases de carga. ¿Por qué dos? ¿Por qué no tres? ¿Qué tendríamos que observar para proponer la existencia de tres?
Un modo actual de ver estas cuestiones es utilizar las propiedades de las relaciones de equivalencia.
La fuerza de repulsión entendida como relación entre dos objetos que se repelen tiene las propiedades de una relación de equivalencia:
o Reflexiva: un objeto repele a otro igual
o Simétrica: si un objeto repele a otro, este repele al primero (3ª ley de Newton)
o Transitiva: si un objeto a repele a otro b y b repele a c, entonces a repele a c.
Una relación de equivalencia establece una partición en el conjunto, en este caso las clases son los objetos que se repelen entre sí y que decimos que tienen la misma carga.

Las atracciones nos van a decir el número de clases de carga que existen.
Se cumple siempre:

Si a atrae a b (con lo que tienen distinta carga) y b atrae a c (con lo que tienen distinta carga), a repele a c (con lo que tienen la misma carga) por tanto solo hay dos clases de carga.

Para que hubiera tres clases de carga tendría que ocurrir que hubiera tres objetos a, b y c que cumplieran que a atrajera a b, b atrajera a c y a atrajera a c y que otra carga cualquiera repeliera a una de las tres.

Para que hubiera cuatro clases de carga tendría que cumplirse que hubiera cuatro objetos que se atrajeran entre sí y que otro cualquiera repeliera a alguno de los cuatro.

IC.16 Transporte de la electricidad

En 1746, Jean Antoine Nollet, abad del Gran Convento de los Cartujos en París hizo una experiencia para comprobar que la electricidad se transmitía lejos y rápido. Puso 200 monjes en fila, sujetando entre cada dos de ellos un alambre de hierro de unos 7´6 m, lo que da una longitud de más de 1500 m. Produjo una descarga eléctrica, mediante su botella de Leiden y observó cómo los monjes reaccionaban simultáneamente, contorsionándose, por el shock que les produjo. Puede decirse que su experimento tuvo éxito, aunque no se sabe si los monjes opinaron lo mismo.

IC.17.1 Las células fotovoltaicas
Son unos dispositivos que transforman directamente la energía luminosa, que proviene del sol, en energía eléctrica. Están construidos sobre todo con silicio, lo mismo que los chips de los ordenadores, en este caso, impurificado con fósforo o boro, para que adquiera las propiedades adecuadas. Estos materiales no son óhmicos, se denominan semiconductores. Los avances en este tipo de fuentes de energía estarán en una mejora de su eficiencia, que actualmente es del orden del 20 % y en un abaratamiento de su costo. Hay otros materiales que pueden servir para fabricar estos dispositivos, y esa es una de las líneas de investigación. En cada metro cuadrado de suelo horizontal se recibe una energía solar de entre cero y 1100 W, en el exterior de la atmósfera, 1350 W. Evidentemente ahí está el límite superior de lo que podemos obtener del sol. La energía del sol, como la del viento o las mareas, es del tipo llamado renovable, porque se considera inagotable. Es de esperar un uso cada vez mayor, pero como complemento de las fuentes tradicionales.
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IC.17.2 Los superconductores
La superconductividad es un extraordinario fenómeno, descubierto por Kamerligh Onnes en Leiden, en 1911 y consiste en que algunos materiales, a temperaturas suficientemente bajas, tienen una resistencia eléctrica nula. Por ejemplo, el mercurio, el plomo, el estaño a 4 K. Se deben enfriar con helio líquido. Una de las aplicaciones más importantes es la construcción de electroimanes. Estos metales que hemos citado no sirven para ello porque no puede conseguirse que transporten grandes intensidades. En los años sesenta se descubrieron aleaciones superconductoras, que sí admitían grandes intensidades y además a temperaturas cada vez mayores, por ejemplo, óxidos de cobre incorporando bismuto o talio, son superconductores a temperaturas entre 110 y 120 K Estas temperaturas pueden conseguirse con nitrógeno líquido, mucho más abundante y barato que el helio.
Las aplicaciones de los superconductores son muy importantes: Los imanes son parte esencial de generadores y motores, sirven en la industria para separar impurezas de hierro y acero en arcillas y otros materiales, en la herramienta de diagnóstico médico bsada en el fenómeno llamado resonancia magnética nuclear. Un sistema de superconductores serviría también para almacenar una gran corriente eléctrica sin pérdidas, lo cual sería un modo de almacenamiento de energía eléctrica producida por el sistema de generación de energía eléctrica en un tiempo en el que no se consumía. La aplicación, tal vez más conocida son los trenes que levitan gracias a imanes superconductores, con lo cual su rozamiento con el suelo es nulo (lo que no evita el rozamiento con el aire).
Los avances, como en el caso de las células fotovoltaicas residirán en nuevos materiales más baratos, pero está claro que las aplicaciones son muchas y muy importantes y por ello hemos de esperar que su uso aumente.
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