Pila eléctrica

La pila es un aparato que no sólo crea una diferencia de potencial, sino que, además, lo mantiene. Pero ya sabemos que si una diferencia de potencial se mantiene, puede entonces circular entre los cuerpos que están a una diferencia de potencial eléctrico, una corriente eléctrica. En cambio, las máquinas electrostáticas crean el potencial, pero no lo mantienen, de modo que lo único que obtenemos de ellas es un pasaje de electricidad. La pila, más modesta, es capaz de suministrar una corriente eléctrica de bastante duración, de manera que tengamos tiempo de utilizarla; en cambio las descargas de las máquinas son tan rápidas, que nada se puede hacer con ellas. Tan importante resultó la invención de la pila que desde 1800, año en que el físico italiano Alejandro Volta la inventó, el hombre ha hecho con la electricidad muchísimo más que en los 2.000 años anteriores, desde que Tales descubrió los fenómenos eléctricos. En menos de 150 años el hombre creó los motores eléctricos, las dínamos, las lámparas, el teléfono, la radio, el cine, la televisión, etc.

La pila eléctrica es el mecanismo que convierte la energía química en eléctrica. Todas las pilas consisten en un electrólito (que puede ser líquido, sólido o en pasta), un electrodo positivo y un electrodo negativo. El electrólito es un conductor iónico; uno de los electrodos produce electrones y el otro electrodo los recibe. Al conectar los electrodos al aparato que hay que alimentar, llamado carga, se produce una corriente eléctrica.

Las pilas en las que el producto químico no puede volver a su forma original una vez que la energía ha sido convertida (es decir, que las pilas se han descargado), se llaman pilas primarias o voltaicas. Las pilas en las que el producto químico puede ser reconstituido pasando una corriente eléctrica a través de él en dirección opuesta a la operación normal de la pila, se llaman pilas secundarias o acumuladores.

Un poco de historia

La primera pila eléctrica fue la llamada pila voltaica, que fue dada a conocer por Volta en 1800 mediante una carta que envió al presidente de la Royal Society londinense. Se trataba de una serie de pares de discos (apilados) de cinc y de cobre (o también de plata), separados unos de otros por trozos de cartón o de fieltro impregnados de agua o de salmuera, que medían unos 3 cm de diámetro. Cuando se fijó una unidad de medida para la diferencia de potencial, el voltio (precisamente en honor de Volta) se pudo saber que cada uno de esos elementos suministraba una tensión de 0,75 V aproximadamente, ninguno de estos conceptos se conocía entonces. Su apilamiento conectado en serie permitía aumentar la tensión a voluntad. El invento inició la era eléctrica, al permitir el estudio experimental preciso de la electricidad, superando las enormes limitaciones que presentaban para ello los generadores electrostáticos, que son los únicos que existían hasta el momento.

La pila de Volta despertó un gran entusiasmo entre los científicos de su época y sirvió de impulso para los experimentadores de toda Europa (casi inmediatamente se descubrió que la corriente eléctrica podía descomponer el agua) y sirvió de base para los trabajos químicos de Davy y para el estudio de los fenómenos electromagnéticos que hizo Faraday. En los 200 años que han transcurrido desde entonces se han construido muchos modelos de pilas, pero todas ellas se basan en el mismo principio que la pila de Volta.

Evoluciones de la pila

Pilas y baterías que se encuentran comúnmente en algunos aparatos domésticos.

Un nuevo método de fabricación para las baterías de ión-litio podría conducir a baterías más pequeñas y ligeras que se puedan cargar en segundos. Unas baterías que se cargan tan rápido serían útiles para los coches híbridos y los eléctricos, en los que es necesaria una rápida sacudida de carga para acelerar. El enfoque sólo requiere unos cambios simples en el proceso de producción de un material bien conocido. La nueva investigación ha sido publicada en la revista científica Nature. Debido al cóctel electrónico que portan, gramo por gramo, las baterías de ión-litio suelen ser baterías recargables que forman parte de la electrónica de consumo, como las de los portátiles. No obstante, tardan mucho en cargar; hasta ahora, los investigadores han asumido la existencia de un límite de velocidad en los electrones e iones de litio que pasaban por las baterías para formar un circuito electroquímico.

Generadores de voltaje

Desde los antiguos generadores de voltaje, hasta los potentes y modernos se rigen bajo la Ley de Faraday.

Los generadores eléctricos, son un grupo de aparatos que se utilizan para convertir la energía mecánica en eléctrica, o a la inversa, con medios electromagnéticos. A una máquina que convierte la energía mecánica en eléctrica se le denomina generador, alternador o dínamo, y a una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica se le denomina motor.

Dos principios físicos relacionados entre sí sirven de base al funcionamiento de los generadores y de los motores. El primero es el principio de la inducción descubierto por el científico e inventor británico Michael Faraday en 1831. Si un conductor se mueve a través de un campo magnético, o si está situado en las proximidades de un circuito de conducción fijo cuya intensidad puede variar, se establece o se induce una corriente en el conductor. El principio opuesto a éste fue observado en 1820 por el físico francés André Marie Ampère. Si una corriente pasaba a través de un conductor dentro de un campo magnético, éste ejercía una fuerza mecánica sobre el conductor.

La máquina dinamoeléctrica más sencilla es la dínamo de disco desarrollada por Faraday, que consiste en un disco de cobre que se monta de tal forma que la parte del disco que se encuentra entre el centro y el borde quede situada entre los polos de un imán de herradura. Cuando el disco gira, se induce una corriente entre el centro del disco y su borde debido a la acción del campo del imán. El disco puede fabricarse para funcionar como un motor mediante la aplicación de un voltaje entre el borde y el centro del disco, lo que hace que el disco gire gracias a la fuerza producida por la reacción magnética.