Las pilas se fabrican en diferentes estándares definidos por la norma ANSI C18.1 American National Standard for Dry Cells and Batteries-Specifications, de tal manera que su utilización sea universal según los requerimientos del aparato al que suministrar energía eléctrica.
Y se refieren a su tamaño y al voltaje proporcionado, independientemente de si son alcalinas, de litio, recargables…
Así, las de uso más corriente son:
AA – consiste en una celda electroquímica en forma de prisma circular de 50 mm de longitud y de 13,2 mm de diámetro que proporciona 1,5 V.
AAA – consiste en una celda electroquímica en forma de prisma circular de 44,5 mm de longitud y de 10,5 mm de diámetro que proporciona 1,5 V.
C – consiste en una celda electroquímica en forma de prisma circular de 46 mm de longitud y de 26 mm de diámetro que proporciona 1,5 V.
D – consiste en una celda electroquímica en forma de prisma circular de 58 mm de longitud y de 33 mm de diámetro que proporciona 1,5 V.
Todas proporcionan el mismo voltaje, aunque su tamaño las hace adecuadas a diferentes tipos de aparatos.
¿Y bueno? Pues sí, nos hemos saltado la B, pero fijándonos un poco veremos que también nos hemos saltado la A.
¿Eso quiere decir que no existen? Bueno, no se fabrican en la actualidad porque los aparatos a los que estaban destinadas ya no se fabrican por obsoletos.
Las pilas de tipo A tenían también forma de prismas circulares de tamaños variados, estaban destinadas a la alimentación de filamentos de receptores de radio antiguos y suministraban 6 V.
También existían unas pilas de tipo C, con forma de prismas circulares de tamaños variados, destinadas a la polarización de rejilla de los receptores de radio antiguos que suministraban voltajes que iban de los 4,5 V a los 6 V.
Y, por último, las pilas de tipo B, también con forma de prismas circulares de varios tamaños, a veces con tomas intermedias, utilizadas para la alimentación de placa de receptores de radio antiguos. Éstas suministraban voltajes de 45 V, 60 V, 90 V y en algunos casos más.
Nota sabionda: Las modalidades de baterías recargables de 1,5 V suelen suministrar alrededor de 1,2 V.
Respuesta a una consulta de Isaac García
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El término entropía lo introdujo el físico alemán Rudolf J. E. Clausius en 1850 para representar el grado de uniformidad con el que está distribuida la energía, sea ésta del tipo que sea.
Observó que cualquier diferencia de energía en un sistema tiende siempre a igualarse por sí sola.
Si un objeto caliente se coloca junto a uno frío, el calor fluye de manera que el primero se enfría y el segundo se calienta, hasta que ambos tienen la misma temperatura.
Y si dos depósitos de agua a diferente nivel se comunican entre sí, la energía gravitatoria hará que el nivel más alto disminuya y el más bajo aumente, hasta que los niveles de ambos depósitos se iguales.
Cuanto más uniforme sea la distribución, mayor será la entropía. Entonces, en ambos ejemplos ha aumentado la entropía.
Así también, cuando para un sistema en concreto la energía esté distribuida de manera perfectamente uniforme, diremos que la entropía es máxima para ese sistema.
Dice el primer principio de la termodinámica que “la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma”.
Y es de esa capacidad de transformación de la energía de donde proviene el concepto de trabajo, que no es más que el aprovechamiento de ese aumento de entropía. La energía sólo puede ser convertida en trabajo cuando, dentro del sistema en concreto, la concentración de energía no es uniforme.
Veamos un ejemplo. Tenemos un embalse de agua situado a una gran altitud. Como la concentración de energía es uniforme, la entropía es máxima. Ahora, abrimos las compuertas de la presa de ese embalse de agua y al hacerlo cambiamos el sistema de referencia al variar la distribución del agua a ambos lados de la compuerta. El agua fluye entonces con una gran energía gravitatoria y realiza un trabajo al hacer girar una turbina que convertirá esa energía gravitatoria en eléctrica.
Clausius afirmó que en la naturaleza era regla general que las diferentes concentraciones de energía tendían a igualarse con el tiempo.
De esta afirmación proviene el segundo principio de la termodinámica: “La entropía aumenta con el tiempo”.
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Se trata de un artículo de uso cotidiano. Las hay de varias clases, formas, tamaños y voltajes. Pero… ¿de qué están hechas las pilas?
Las pilas ordinarias constan de un depósito de cinc, recubierto exteriormente de plástico, que contiene en su centro una barra de grafito. El propio recipiente es el polo negativo o ánodo. El espacio entre las paredes del depósito y la barra de grafito lo ocupa una pasta húmeda que contiene dióxido de manganeso (MnO2), cloruro de cinc (ZnCl2) y cloruro de amonio (NH4Cl). El polo positivo o cátodo lo forma la propia barra de grafito en contacto con el dióxido de manganeso y el cloruro de amonio.
El amoniaco forma complejos con el cinc y del intercambio de electrones se obtiene un voltaje de 1,5 voltios. Este voltaje se mantiene hasta que la cantidad de reactivos se agota.
Las pilas alcalinas no tienen cloruro de amonio. Su electrolito es un hidróxido de un metal alcalino, KOH (hidróxido de potasio) o NaOH (hidróxido de sodio). El cátodo es de acero en contacto con el dióxido de manganeso y el ánodo es la cubierta de cinc. Ambos están colocados dentro de un depósito hermético de acero. En sus reacciones no se produce ningún gas, al contrario que en las otras pilas no alcalinas, en las que el amoniaco puede formar una película gaseosa aislante alrededor del grafito. Por ello son más duraderas y potentes.
Las pilas de mercurio se fabrican como pilas botón. En ellas un recipiente de acero actúa como polo positivo. El ánodo es de cinc y está situado en el centro y está rodeado de cincanato potásico (K2ZnO2), óxido de mercurio (HgO) y grafito. Son pilas de larga duración.
Todos estos metales pesados son muy contaminantes, y especialmente tóxicos para el sistema nervioso. Por eso las pilas deben reciclarse y nunca tirarse a la basura.
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Las barras de luz química son esas que se doblan, se agitan y producen una luz fluorescente durante horas, sin necesidad de combustión o pilas. Muy útiles para señalización de emergencia, maniobras, lectura de mapas, iluminación submarina, acampadas, pesca nocturna… incluso para el ocio: pulseras y collares que brillan en la oscuridad, cubitos y bolas para decorar nuestras bebidas nocturnas y decoración para fiestas.
Pero, ¿cómo funcionan?
Independientemente de su tamaño o forma todas se basan en el mismo principio: la quimioluminiscencia.
El DRAE nos informa que luminiscencia es la “propiedad de despedir luz sin elevación de temperatura y visible casi solo en la oscuridad, como la que se observa en las luciérnagas, los peces abisales, en las maderas y en los pescados putrefactos, en minerales de uranio y en varios sulfuros metálicos”.
Entonces, la quimioluminiscencia es la luminiscencia producto de una reacción química.
En una reacción química se recombinan los átomos de dos o más sustancias para formar un nuevo compuesto. Según la naturaleza de los reactantes la reacción puede emitir energía. Tal es el caso que nos ocupa.
En la barras de luz coexisten dos compuestos químicos que al juntarse reaccionan. Uno de los compuestos, el peróxido de hidrógeno —al que se llama activador— está contenido en una cápsula de cristal pequeña y frágil. Y esta cápsula se encuentra dentro de la barra de polietileno propiamente dicha que contiene un éster de fenil oxalato y un tinte fluorescente que es el que da el color según el producto químico que contenga.
Al doblar la barra y romper la cápsula las dos sustancias se mezclan. Y lo hacen con mayor rapidez al agitarla. Como resultado se obtienen unos compuestos producto (no importa cuáles) y una emisión de energía (que es lo que nos interesa). Esa energía excita los átomos del tinte fluorescente (sus electrones suben a un nivel energético mayor más alejado del núcleo), para luego volver a recuperar su estado de equilibrio (descendiendo a un nivel energético menor más cercano al núcleo y más estable) proceso que logran desprendiéndose de la energía sobrante en forma de fotones, es decir, produciendo luz sin calor (luz fría).
Nota sabionda: Dependiendo de los compuestos utilizados y su cantidad, la reacción química puede alumbrar durante minutos o durante varias horas. Si se calienta la barra, la energía adicional acelerará la reacción y brillará más intensamente aunque por menos tiempo. Por el contrario, si se enfría, la reacción se ralentizará y proporcionará una luz más amortiguada aunque durante más tiempo. De hecho, si se mantiene la barra en el congelador se puede preservar para el siguiente día. La reacción no se interrumpirá, pero se ralentizará considerablemente.
Nota sabionda: El 9,10-difenilantraceno proporciona un color azul, el 9,10-bis(feniletinil)antraceno proporciona el color verde y el 5,6,11,12-tetrafenil naftaleno proporciona el color rojo.
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Entrada elaborada a partir de la información ofrecida aquí, aquí, aquí y en otros sitios más.
Eso, ¿por qué la blanquea tan blanco? ¿por qué elimina las manchas? Es decir… ¿cómo sabe la lejía que debe eliminar las manchas y dejarlo todo muy blanquito?
Al parecer sabe distinguir el blanco de los colores, pues se “come” el color si por accidente nos salpica una prenda. Y es capaz de blanquear todas las manchas con independencia de su composición química.
En realidad la lejía no sabe nada del color blanco, aunque sí del resto de colores y es que la lejía ataca a los compuestos químicos coloreados. Y a éstos los distingue en base a la situación de los electrones de sus coloreadas moléculas.
Veamos cómo.
La luz solar contiene todos los colores y es precisamente la coincidencia de todos ellos lo que a nuestra visión particular la presenta sin ningún color. Por ello la llamamos luz blanca.
Cuando la luz incide sobre una prenda puede ser que todos los colores de la luz blanca se reflejen por igual. Entonces decimos que es blanca puesto que sólo podemos juzgarlo por la luz que envía a nuestos ojos.
Si la prenda está manchada quiere decir que lo está de una sustancia que no es de color blanco. Ello supone que absorbe o retiene algunas de las frecuencias correspondientes a unos colores y refleja el resto. Esa tonalidad reflejada llegará a nuestros ojos y podremos decir que la mancha es de tal o cual color.
Cuando una sustancia absorbe energía luminosa, en realidad son los electrones presentes en sus moléculas los que realizan tal absorción. Y cuando esto sucede, los electrones se excitan hasta alcanzar un nivel de energía superior en las moléculas.
Así, en la ropa o cualquier otra sustancia de color blanco, los electrones de sus moléculas ya se encuentran al máximo nivel energético y por ello no absorben más energía y repelen todas la frecuencias de la luz solar. Y en las ropas coloreadas, manchas o cualquier otra sustancia de color, los electrones de sus moléculas tienen una energía particularmente baja y, por tanto, son susceptibles de capturar energía y de mostrar el color correspondiente a la frecuencia energética rechazada.
Y así es como funciona la lejía o hipoclorito de sodio, “tragándose” —o hablando con más propiedad oxidando— esos electrones de baja energía, de manera que ya no están disponibles para absorber energía. Provocando con ello que todo el espectro luminoso sea rebotado y que la prenda se muestre blanca a nuestros ojos.
Nota sabionda: Las lejías líquidas no son otra cosa que una solución al 5,25% de hipoclorito de sodio (NaClO) en agua.
Nota sabionda: Pero éste no es el único agente oxidante. El perborato de sodio conforma las lejías en polvo, que son más suave y no atacan a la mayoría de los tintes. Y el peróxido de hidrógeno o agua oxigenada se utiliza para decolorar la melanina del cabello.
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El Sol es la estrella del sistema planetario en el que se encuentra la Tierra y, por ello, es la más cercana a nosotros y la que muestra un mayor brillo aparente. Pero ¿por qué brilla el Sol? ¿cómo hace su luz para llegar hasta nosotros? ¿cómo se refleja en los demás astros?
En el núcleo de las estrellas, la presión y la temperatura son lo suficientemente elevadas como para propiciar que los átomos colisionen entre sí frecuentemente y con violencia. En estas colisiones se fusionan dos o más átomos en uno solo, reacción que recibe el nombre de fusión nuclear. Es este proceso el que permite que el Sol y todas las demás estrellas desprendan energía y brillen.
En nuestro sol, 564 millones de toneladas de hidrógeno son transformadas en 560 millones de toneladas de helio cada segundo. Los cuatro millones de toneladas aparentemente faltantes se transformaron en energía. Una gran cantidad de energía, una cantidad fabulosa de energía, como se puede apreciar aplicando la famosa ecuación de Einstein, que habla precisamente de la equivalencia masa-energía.
Esta energía resultante de las reacciones termonucleares viaja desde el centro hasta la superficie del Sol, donde es radiada en forma de luz al espacio circundante, en el que viaja a una velocidad cercana a los 300.000 km/s. La Tierra intercepta sólo una cantidad ínfima de este flujo generosísimo de energía, y la casi totalidad escapa hacia el espacio interestelar en todas direcciones.
Cuando esta luz encuentra un obstáculo en su camino choca contra la superficie de éste y una parte es reflejada y otra absorbida. Es la luz reflejada la que nos permite ver los diferentes planetas y astros sin luz propia —como la Luna— al igual que nos permite ver los objetos que nos rodean y su color.
Nota sabionda: La velocidad de la luz en el vacío, según la Teoría de la Relatividad de Einstein, es una constante para todos los observadores y se representa mediante la letra c (del latín celeritas). En el Sistema Internacional de Unidades toma el valor de 299.792,458 km/s.
Teniendo en cuenta que la distancia media Sol-Tierra es 1 U.A. (Unidad Astronómica) y equivale a 149.675.000 km, podemos decir que nos hallamos a unos 8 minutos luz del Sol o, lo que es lo mismo, que la luz que vemos en la actualidad hace 8 minutos que se originó en nuestra estrella.
Nota sabionda: Los electrones poseen la extraña cualidad de moverse en determinados orbitales sin consumir energía, pero cuando caen a un orbital inferior de menor nivel energético (más próximo al núcleo) emiten energía en forma de radiación. Algunos de esos saltos producen la radiación visible que llamamos luz.
Respuesta a una consulta de Marcos Lorana
La explosión de una bomba atómica o nuclear toma la forma de un hongo nuboso. Le champignon atomique, que dicen los franceses. Pero… ¿por qué toma esa curiosa forma y no otra?
Esta especie de nube en forma de hongo se forma cuando una explosión genera una burbuja de gas muy caliente —en el caso de la detonación nuclear por una elevada emisión de rayos X que ionizan y calientan el aire circundante— que recibe el nombre de bola de fuego.
El aire caliente pesa menos al estar más excitadas —con más energía— y separadas sus moléculas y por ello sube y se expande. Al ser un cambio muy repentino y muy extremo, el aire muy caliente sube con mucha velocidad creando una corriente ascendente muy intensa y arrastrando más aire y materiales con él, formando el pie del hongo nuboso.
En la parte dentral de la bola de fuego se concentran las temperaturas más altas, lo que causa un movimiento circular de convección al interaccionar con el aire frío de la parte exterior, arremolinando material hacia afuera y hacienco crecer el diámetro del bulbo o cabeza del hongo.
De todas las bombas atómicas, las que forman un ”sombrero” más plano y enorme son las bombas termonucleares o bombas de hidrógeno, cuya bola de fuego sube tan arriba que golpea la tropopausa, que es la frontera entre la troposfera y la estratosfera.
En esta capa atmosférica existe una signifivativa diferencia de temperatura con las dos capas limítrofes ya mencionadas, que impide que éstas se mezclen demasiado. Y así, cuando la bola de fuego llega hasta la tropopausa no cuenta con suficiente calor como para atravesarla, de modo que se aplasta y se expande en horizontal de forma exagerada en lugar de hacerlo en vertical.
¿Por qué nos oculta una de sus caras la Luna? ¿Por qué no nos muestra toda su superficie mientras gira?
Parece lógico que al girar sobre sí misma, la Luna debería mostrarnos toda su superficie, pero no es así.
Y lo es por una sencilla razón: La Luna tarda lo mismo en dar una vuelta sobre sí misma (movimiento de rotación) que en dar una vuelta alrededor de la Tierra (movimiento de traslación). Así que cada vez que gira un poco sobre su eje, también se traslada un poco alrededor nuestro, de manera que nos muestra siempre la misma cara.
¡Qué casualidad! Tarda 28 días en dar una vuelta alrededor de la Tierra y también tarda 28 días en dar un giro sobre sí misma. De no ser así nos mostraría más del 59% de su superficie como hace actualmente.
¿Casualidad? Nada más lejos de la realidad: la mayoría de los satélites del Sistema Solar sufren este mismo efecto. Se dice que está desgirados.
Aunque en un origen la Luna poseyera una rotación diferencial, la fuerza gravitatoria que opera entre ambos astros ha acabado anclando gravitacionalmente a la Luna en su posición actual. ¿Cómo? Vamos a explicarlo.
En el espacio, los cuerpos se atraen unos a otros con sus fuerzas gravitatorias. Es conocido el efecto que la fuerza gravitatoria de la Luna causa en los mares, y que no es otro que las mareas. Pues bien, al contrario ocurre lo mismo y en mayor proporción, ya que la masa de la Tierra es muy superior a la del satélite.
Esas fuerzas deformadoras no operan sobre las masas de agua —ya que no hay— sino sobre la roca sólida, creando movimientos de marea en la propia masa rocosa y creando fricciones internas que disipan energía. Esta pérdida de energía va frenando los movimientos rotacionales de ambos astros y, de momento, el efecto visible es que la deformación de marea ha quedado fija y la rotación de la Luna se ha acompasado a la traslación al adecuarse al giro de la Tierra. Lo que se conoce como efecto gradiente gravitatorio.
Con el tiempo suficiente, la Tierra frenaría su rotación adecuándose a la fuerza gravitatoria de la Luna y ambos astros acabarían con una deformación fija, apuntando el uno hacia el otro y girando sin dejar de mirarse, esto es, la Luna presentaría una sola cara (como ahora) pero solamente se podría ver desde una cara de la Tierra.
Claro que… nosotros ya no estaríamos aquí para verlo.
Nota sabionda: No supimos cómo era la cara oculta de nuestro satélite hasta que nos llegaron las primeras fotografías de la sonda soviética Luna 3, que tomó las primeras instantáneas el 10 de octubre de 1959.
Nota sabionda: Desde la Tierra se nos ocultan unos 15,5 millones de de km2 (el 41% de la superfície lunar). Una zona mucho más accidentada que el hemisferio visible, debido a que está siempre vuelta hacia el espacio y por lo tanto más expuesta a la caída de bólidos.
El término entropía lo introdujo el físico alemán Rudolf J. E. Clausius en 1850 para representar el grado de uniformidad con el que está distribuida la energía, sea de la clase que sea. Cuanto más uniforme es la distribución, mayor es la entropía.
Cualquier diferencia de energía en un sistema tiende a igualarse por sí sola. Pensemos en un objeto caliente (con mayor energía calórica) que entra en contacto con uno más frío, el primero se va enfriando a medida que el segundo se calienta, hasta que ambos alcanzan la misma temperatura; o en dos depósitos de agua comunicados entre sí, uno con el nivel más alto que el otro (mayor energía potencial o gravitatoria), el agua pasará de un depósito al otro hasta que los niveles se igualen. Es decir, la naturaleza se encarga de igualar las diferentes concentraciones de energía con el paso del tiempo, o lo que es lo mismo, que la entropía aumenta con el tiempo.
Algo parecido ocurre con nuestro universo, en el que la energía que mana de las estrellas se va distribuyendo por el vacío interestelar en un proceso conocido por degradación, en el que la energía de todos los puntos del universo tienden a la igualación, a la vez que su entropía aumenta.
El estudio de estos flujos de energía se realizó sobre la energía térmica, por lo que recibió el nombre de termodinámica (movimiento de calor). Tan importante es el concepto de que la entropía aumenta con el tiempo que se le conoce como segundo principio de la termodinámica.
La entropía es también un indicador de desorden. Cuando la energía tiende a igualarse, los átomos están más libres, menos condensados, con lo que el desorden es mayor debido a sus movimientos aleatorios. En cualquier situación es fácil observar el aumento del desorden y como para restaurar el orden en un sistema es necesario realizar un esfuerzo especial, un trabajo fruto de una nueva energía introducida en el sistema.
Nota sabionda: El primer principio de la termodinámica es el que dice que la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma.
Nota sabionda: El aumento de entropía puede ser utilizado para realizar un trabajo. Por ejemplo calentar una habitación con un radiador o mover las ruedas de un molino con un salto de agua. Cuando la entropía de un sistema es máxima es imposible que se pueda realizar ningún trabajo.
Cuando se sacude el látigo con fuerza éste restalla, chasquea, cruje, hace un ruido seco muy fuerte.
Pero ¿por qué hace tanto ruido? ¿golpea contra sí mismo? ¿contra el aire?
Este chasquido es un estallido sonoro en miniatura producido por el extremo del látigo que, al ser lanzado con fuerza, se desplaza más rápido que la velocidad del sonido.
Al restallar el látigo, se aplica al extremo del mango una gran energía que no tiene otro sitio adónde ir que a lo largo del propio látigo como una onda en movimiento. Esta energía cinética (de movimiento) depende de la masa del cuerpo y en mayor proporción de la velocidad del movimiento. Así que, conforme se va desplazando, encuentra cada vez menos masa porque el grosor del látigo disminuye y, como la energía se ha de mantener, aumenta la velocidad.
El aire está formado principalmente por moléculas de nitrógeno y oxígeno. Estas moléculas están vibrando en constante movimiento a una elevada velocidad (a unos 480 m/s a temperatura ambiente). Si algún cuerpo se desplaza a través del aire a una velocidad menor, les da tiempo más que suficiente para, digamos, apartarse. Pero si la velocidad del cuerpo es comparable a la suya no les da tiempo, se amontonan en el extremo y son empujadas hacia adelante: aire comprimido y acumulado que crea una onda de choque que, realmente, es un fuerte sonido. Porque recordemos que el sonido no es más que aire en vibración.
Nota sabionda: La fórmula de la energía cinética es E=1/2 m·v2
Nota sabionda: No toda la energía que llega a la punta de látigo se transforma en sonido. Una parte se consume en las hebras finales que acaban por deshilacharse y partirse, y otra regresa reflejada hacia atrás a través del látigo.
