Alejandro Volta y el invento de la pila

Volta inventó una serie de aparatos capaces de producir un flujo eléctrico. Para ello utilizó recipientes con una solución salina conectados a través de arcos metálicos. Conectando varios de esos recipientes consiguió la primera batería eléctrica de la historia. Para reducir complicaciones debido a la necesidad de utilizar soluciones, empezó a utilizar pequeños discos redondos de cobre y cinc y otros de paño o cartón en agua acidulada. De manera que los unía formando una serie: cobre, cinc, paño, cobre cinc, paño, etc.; todos ellos apilados formando una columna. Cuando unía los extremos de la "pila" mediante un hilo conductor, al cerrase el circuito se obtenía una corriente eléctrica.

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.

Alejandro Volta descubrió la pila o columna, a la que inicialmente llamó "órgano eléctrico artificial", estudiando los efectos del galvanismo sobre las ancas de rana.
Volta pensó que lo que el llamó galvanismo era una corriente eléctrica animal. Se le llamó así en honor a Galvani, fundador de la Fisiología nerviosa, el cual estableció dicha corriente uniendo dos metales diferentes por medio de nervios o de músculos de un animal.
En realidad, la corriente galvánica, es una corriente continua (c.c).
Volta construyó la primera pila que nosotros podemos reproducir. (Todos los modelos científicos son reproducibles sin necesidad de extraños conjuros y sin esperar que unas veces salgan y otras no).

Volta apiló discos de igual tamaño de cobre y de cinc, sólo o con estaño, alternados, que llevan intercalados entre cada uno de ellos un paño humedecido. Esta "pila de discos" empieza y termina con discos de diferente tipo. Conectando con un alambre los discos situados en los extremos logró que fluyera un flujo eléctrico. Impregnando el paño en determinadas sales la corriente obtenida era mucho mayor.

¡Había descubierto la madre de todas las Pilas!. Esa pila que, evolucionada y de muy diversos tipos, forma hoy parte de nuestra vida diaria.

Recuerda que los componentes metálicos de las pilas contaminan el medio ambiente ¡y que no debemos olvidar reciclarlas!. 
Las pilas de mercurio son muy contaminantes.

INVESTIGACION

QUE SON Y COMO FUNCIONAN LAS PILAS.

Las pilas son un producto doméstico común que permite el funcionamiento de dispositivos importantes para ti. Pero, ¿sabes cómo funcionan?

CÓMO FUNCIONA UNA PILA

Desde los controles remotos hasta tus dispositivos portátiles más sofisticados, es muy probable que la mayoría funcione gracias a energía proporcionada por una pila. Pero ¿qué es exactamente una pila y cómo puede producir tanta energía de larga duración?

En su forma más simple, una pila es un dispositivo que convierte energía química en electricidad. Cuando se conecta a cualquiera de tus aparatos favoritos que funcionan gracias a la energía proporcionada por una pila, esta última completa el circuito y su energía alimenta al aparato.

La mayoría de las pilas comunes de uso doméstico se componen de dos terminales:

- Positivo (+): Formado por algo llamado “cátodo“.

- Negativo (-): Formado por algo llamado “ánodo“.

Cuando se conecta un dispositivo, los electrones fluyen del terminal negativo al positivo y se produce una corriente. Así la energía almacenada en la pila se utiliza para alimentar tu dispositivo.

HISTORIA DE LAS PILAS

Tiempo atrás, la energía solía considerarse algo mágico, fenomenal e imposible de controlar. Hoy en día, es difícil imaginar la vida sin energía, ya sea en casa, o en tu dispositivo favorito mientras te desplazas. Pero, ¿cuándo y cómo fue que la energía se volvió portátil y se capturó en la pila que hoy conoces?

LA PRIMERA PILA ELÉCTRICA

El término “batería” fue utilizado por primera vez por Benjamin Franklin, pero fue Alessandro Volta (un físico italiano) quien en 1800 inventó la primera batería eléctrica, conocida como “pila voltáica”. Basándose en la investigación del científico Luigi Galvani, Volta pudo ensamblar un circuito eléctrico utilizando pilas de discos de cobre y zinc separados por un paño humedecido en solución salina. Lo interesante es que toda esta investigación comenzó debido a una reacción observada en la disección de ranas.

LA CELDA DE DANIELL Y LA CELDA DE ZINC-CARBÓN DE LECLANCHÉ

Mejorando la tecnología del descubrimiento inicial de Volta, en 1836 John Frederic Daniell desarrolló algo conocido como la “celda de Daniell”; esta celda fue la primera en usar algunos de los elementos de la pila común que aún se utilizan hoy en día. En la década de 1860, George Leclanché de Francia desarrolló lo que sería la precursora de la primera pila utilizada en el mundo entero: la celda de zinc-carbón. Si bien la celda de Leclanché era resistente y económica, en la década de 1880 fue reemplazada por una versión mejorada: la “pila seca”, que es básicamente la celda de zinc-carbón que hoy todavía se sigue utilizando en muchas partes del mundo.

LA PILA ALCALINA

La tecnología de la pila alcalina se desarrolló en la década de 1950. Al usar un electrolito alcalino y otros ingredientes activos, la celda alcalina obtuvo importantes beneficios de rendimiento en comparación con las pilas de zinc-carbón. La pila alcalina tiene más densidad de energía, mayor vida útil de almacenamiento, y muchos otros beneficios en comparación con las pilas comunes de zinc-carbón.

CONSTRUCCIÓN DE LAS PILAS

Las pilas comunes de uso doméstico (como las alcalinas l) están formadas por cuatro componentes principales:

1. Ánodo: Electrodo negativo de “combustible” que contiene los electrones almacenados que alimentan tus dispositivos.

2. Cátodo: Electrodo positivo que acepta los electrones del circuito externo, permitiéndoles circular.

3. Electrolito: Un conductor que transfiere la carga entre el ánodo y el cátodo dentro de la celda.

4. Separador: Un material que proporciona una barrera entre el ánodo y el cátodo para evitar que se toquen entre sí, permitiendo al mismo tiempo la libre circulación de la carga.

TIPOS DE PILA

Actualmente se usan muchos tipos de pila diferentes, pero la mayoría utiliza los mismos componentes arriba citados.

Las pilas de ión de litio generalmente alimentan dispositivos como tu teléfono móvil o tu computadora portátil

Las pilas de celda cilíndrica, que pueden estar compuestas por distintos ingredientes o químicas, se utilizan más comúnmente en controles remotos, juguetes y muchos otros dispositivos. Los dos tipos de pila de celda cilíndrica más comunes son: de zinc-carbón y alcalinas.

TÉRMINOS RELACIONADOS CON LAS PILAS

Este es un breve glosario de otros términos clave relacionados con las pilas:

Voltaje: Es una medida de la energía disponible; cuanto más alto es el voltaje, mayor es el suministro de energía que recibe cada electrón. Es como la fuerza conductora que empuja los electrones a través de todo el circuito eléctrico.

Corriente: Es una medida del flujo de los electrones en un circuito eléctrico. La corriente eléctrica se mide en amperes / amperios (A). Cuanto más alta es la corriente, mayor es el flujo de electrones.

Resistencia: Es una medida de la dificultad de flujo de los electrones en un material. Una pila tiene un voltaje fijo, así que la potencia de la corriente depende de la resistencia de ese circuito. La resistencia se mide en ohms u ohmios.

Los Rayos Catódicos y el descubrimiento del electrón

regresemos nuestro escenario al año 1800, cuando Alessandro volta inventa la pila, un dispositivo mediante el cual es posible obtener una corriente continua de cargas eléctricas, La pila de volta da paso al diseño de experimentos mas importantes relacionados con corrientes eléctricas. Utilizando la pila muchos investigadores, entre los que destaca el físico británico Michael Faraday(1971-1867), se dedican a estudiar los efectos que produce el paso de corriente eléctrica a través de diferentes disoluciones acuosas, conocidas como electrolitos.

el primer experimento de este tipo condujo a la descompocicion del agua en hidrógeno y oxigeno mediante un proceso que se conoce como electrólisis.

A mediados del siglo XIX, los científicos comenzaron a estudiar las descargas eléctricas a través de tubos parcialmente evacuados (tubos a los que se les había extraído por bombeo casi todo el aire). 

Esto fue en 1853 cuando se invento un aparato conocido como tubo de descarga que consiste en un tubo de vidrio con dos electrodos conectados  a una batería.

con este tubo mediante una bomba de buena calidad es posible extraer casi todo el aire e introducir solo cantidades muy pequeñas de gases diferentes. Se cierra la válvula y cuando sus terminales (electrodos) se conectan a una batería de alto voltaje(Un alto voltaje produce radiación dentro del tubo) se observa una serie de fenómenos luminosos en el interior del tubo.


Cuando el tubo esta al alto vació se observa que un haz de rayos viaja en linea recta del electrodo negativo( o cátodo) hacia el electrodo positivo (o ánodo). Estos rayos son llamados rayos catodicos y mediante variantes en el diseño del tubo se comprueba que su carga es negativa.

Esta radiación recibió el nombre de rayos catódicos porque se originaba en el electrodo negativo, o cátodo. Aunque los rayos en sí son invisibles, su movimiento puede detectarse porque hacen que ciertos materiales, incluido el vidrio, despidan rayos de luz fluorescente.

En la ausencia de campos magnéticos o eléctricos, los rayos catódicos viajan en línea recta. Sin embargo, los campos magnéticos y eléctricos "doblan" los rayos, es decir, los desvían tal como se esperaría que lo hicieran partículas con carga negativa. Más aún, una placa metálica expuesta a rayos catódicos adquiere una carga negativa. Estas observaciones de las propiedades de los rayos catódicos sugirieron a los científicos que la radiación consiste en una corriente de partículas con carga negativa, que ahora llamamos electrones.

Además, se descubrió que los rayos catódicos emitidos por cátodos de diferentes materiales eran iguales. Todas estas observaciones dieron pie a la conclusión de que los electrones son un componente fundamental de la materia.

Como resultado de estos experimentos se descubre que los rayos catodicos son particulas con carga negativa. Mas tarde estas particulas recibieron el nombre de electrones.

En 1897 el físico británico J.J.Thomson (1856 – 1940) calculó la relación entre la carga eléctrica y la masa de un electrón empleando un tubo de rayos catódicos Midiendo de forma cuidadosa y cuantitativa los efectos de los campos magnéticos y eléctricos sobre el movimiento de los rayos catódicos, Thomson determinó que la relación es de 1.76 x 10⁸ culombios por gramo (el culombio, C, es la unidad SI de carga eléctrica)..

Al conocerse la relación carga-masa del electrón, un científico que pudiera medir ya sea la carga o la masa del electrón podría calcular fácilmente la otra magnitud. En 1909 Robert Millikan (1868 – 1953) logró determinar experimentalmente que la carga del electrón era de 1.60 x 10 ^-19 C y, a partir de ese valor y de la relación carga-masa de Thomson, que su masa era de:  9.10 x 10^-31 Kg.

Corriente continua: corriente eléctrica cuyo flujo de carga es siempre en un solo sentido.


Electrolito: Sustancia que una vez disuelta en agua, es capaz de conducir la electricidad. la disolución de estas sustancias da lugar a la formación de iones.


Electrolisis: proceso por el cual se separan los iones negativos y positivos de una disolución aplicando corriente continua y produciendo otras reacciones químicas. la corriente se aplica a dos electrodos situados dentro de la disolución, de manera que se atraen los iones de carga opuesta. una vez que un ion alcanza un electrodo, libera o capta electrones, formando elementos químicos.