Experimentos científicos para principiantes sobre la electricidad Parte 1 – La batería de limón

La electricidad parece algo bastante mágico – partículas de fuerza subatómica que se encuentran en prácticamente todo. El término científico para estas partículas es «electrones», y en su mayor parte, la tecnología detrás de su control es muy básica. «¿Cómo de básica?», se podría preguntar. Tan básica que puede mostrarle a su hijo cómo funciona todo desde dentro de su casa. Con nuestra serie de Experimentos Científicos sobre Electricidad para Principiantes, usted y sus hijos utilizarán materiales y técnicas similares a las utilizadas por Edison, Tesla y otros pioneros de la energía eléctrica cuando comenzaron sus experimentos hace más de un siglo.

¿Alguna vez su hijo se acercó a usted después de jugar un juego de smartphone y le preguntó: «¿Cómo funcionan las pilas?» Entonces, usted les dice que las baterías almacenan electricidad. Luego te miran a los ojos y te preguntan, «¿Qué es la electricidad?» Y aparte de hacer un ruido que suena como «Derp», te apresuras a cambiar de tema porque de repente te das cuenta de que tampoco estás muy seguro.

¿Y adivina qué? ¡Está bien!

Para ayudaros a empezar, hemos seleccionado cuatro proyectos científicos básicos y seguros que podéis hacer en vuestra cocina. Aunque la mayoría de los materiales que necesitarás probablemente ya estén en tu casa, necesitarás algunas cosas importantes de un centro de suministros o de mejoras para el hogar.

• AMultimetro. Este dispositivo mide el voltaje, el amperaje y la resistencia (ohms) de CA y CC. Uno bueno, pero barato, cuesta alrededor de 20 dólares en los centros de atención a domicilio y puede ser muy práctico para tenerlo en casa.
• Un par de cables de prueba de cocodrilo. Son cables con pequeños clips en los extremos que permiten conectar circuitos.
• Una batería de linterna de 6 voltios. Estas sacan un buen y seguro nivel de energía.
• Una luz LED roja. LED significa «Diodo Emisor de Luz». Querrás una de estas y NO una bombilla LED roja.
• Alambre de cobre esmaltado. Este alambre se utiliza para hacer bobinas y tiene una fina capa de aislamiento.

Aunque no necesitarás soldar ninguna conexión en estos circuitos, tendrás que comprobar que tus conexiones conducen la electricidad a través de ellas.

NOTA: Ninguno de estos circuitos o sus componentes están diseñados para ser enchufados en tomas de pared domésticas o utilizar corriente doméstica. Son demasiado débiles para ese nivel de potencia y conectarlos a corrientes domésticas es extremadamente peligroso.

1) ¡Poder de limón!

Construir una batería electroquímica con un limón es EL experimento clásico de la feria de ciencias. Aunque se puede usar casi cualquier fruta (o patata), todo lo que se necesita es un clavo galvanizado y un solo centavo de cobre (aunque usar un clavo de cobre funciona mejor). Inserte un clavo recubierto de zinc (también conocido como «galvanizado») en el limón por un lado e inserte un centavo de cobre en el otro. El zinc y el cobre deben estar lo más lejos posible el uno del otro para que no se toquen dentro del limón.

Así es como funciona

La batería de limón funciona mediante una reacción electroquímica cuando se conecta a un circuito completo. El ácido cítrico del limón actúa como un electrolito, una solución que conduce la electricidad. El clavo de zinc vierte electrones como iones cargados eléctricamente en el ácido (un proceso llamado «Oxidación» porque el material pierde electrones).

El clavo de zinc tendrá una carga negativa. Estos electrones salen del alambre, a través del circuito y vuelven a entrar en el limón a través del penique de cobre. Aquí, dos átomos de hidrógeno cargados positivamente recogen los electrones y se convierten en una molécula de hidrógeno sin carga que burbujea. El lado de cobre tendrá una carga positiva.

• Ponga su multímetro en voltios DC (a veces se muestra como VDC) y póngalo en el rango más bajo.
• Ponga la punta de la sonda roja en el centavo y la sonda negra en el clavo de zinc. Con suerte, obtendrá una lectura de 0,5 voltios o más. El promedio de salida del limón es de 0,9 voltios a 0,00024 amperios, o alrededor de 0,000216 vatios. Se necesitan unos cuatro o cinco limones para alimentar un solo LED rojo (1,5 voltios).
• Para que esto funcione, tendrás que hacer tres o cuatro baterías de limón más y luego conectarlas en serie.
• Esto significa que el clavo de zinc de su primer limón se conectará al LED y su cobre se conectará al clavo de zinc de su siguiente limón y luego el cobre de ese limón se conectará al clavo de zinc del siguiente limón y así sucesivamente.
• Hazlo hasta que el último cobre del limón pueda ser conectado al LED. Comprueba las conexiones y la salida de voltaje con el multímetro.

Los LEDs son un tipo de diodo, lo que significa que sólo permiten que la electricidad fluya en una dirección, como una válvula. Tienes que conectar tus cables a él usando la polaridad correcta: el positivo se conecta al lado positivo, el negativo al negativo. Si conectas tu LED y no se enciende, simplemente cambia tus conexiones en el LED.

¿Qué puedes hacer con él?

Obviamente, la batería de limón no es muy potente. Si quisieras alimentar un celular de 5.5 watts promedio, necesitarías alrededor de 27,000 baterías de limón!

Sin embargo, el mismo principio de la batería de limón fue utilizado por Alessandro Volta en 1800 para hacer una «pila voltaica» utilizando discos de cobre y zinc separados por cartón e inmersos en agua salada. El voltaje de salida del original era de unos 5,5 voltios, y finalmente construyó unas más grandes y más potentes.

El químico británico Humphrey Davy utilizó el experimento del pilesto voltaico en los gases, como el gas hilarante, e identificó nuevos elementos.

Hoy en día, las baterías de celda húmeda similares, como las de los coches, utilizan plomo sumergido en ácido sulfúrico. Pueden ser muy peligrosas, pero pueden contener suficiente energía eléctrica para poner en marcha un coche o alimentar su casa.

Por cierto…

Si se ha divertido con este experimento, hay cientos más que usted y su hijo pueden hacer juntos para aprender aún más sobre la electricidad. Dos libros clásicos que entran en mayor detalle sobre cómo funciona la electricidad son:

1. Iniciándose en la electrónica por Forest M. Mims III
2. 100 asombrosos proyectos de feria de ciencia de fabricación propia por Glen Vecchione.

¿Tiene algún experimento científico que le haya gustado de niño y que quiera compartir con sus compañeros? ¡Cuéntanos sobre ellos en la sección de comentarios!

En la segunda parte, crearemos una resistencia con grafito de lápiz en una entrega llamada «Ohm en la gama».