Electricidad, ¡qué descubrimiento!
Aitor Sáenz López TFG 2013/14
(3er ciclo de Ed. Primaria)
El generador eléctrico: la batería.
El voltaje puede producirse por cierto número de técnicas. Todas implican la conversión de ciertas formas de energía en energía eléctrica. Y todas ellas crean un voltaje al producir un exceso de electrones en un terminal y una falta de los mismos en el otro terminal.
La manera más usual de producir un voltaje es mediante un generador eléctrico, los más utilizados son las baterías. Estas son generadores eléctrico-químicos las cuales aportan la energía necesaria para que los portadores de carga que entran por su terminal negativo, que está a un potencial VB , salgan por su terminal positivo hacia el circuito exterior con un potencial VA mayor (VA > VB ).
Dos ejemplos de circuito real con baterías, figurativa y esquema.
Funcionamiento de una Pila.
Todos conocemos la facilidad con la que podemos usar una radio portátil, o una linterna empleando sus pilas o baterías, pero ¿sabemos cómo funciona una pila?
Las pilas eléctricas son conocidas desde finales del siglo XVIII gracias a las investigaciones sobre electricidad desarrolladas por Volta. Su principio de funcionamiento es químico, consiste en la unión de forma controlada de dos sustancias químicas, que se encuentran separadas. Al poner en contacto las dos sustancias mediante un conductor eléctrico, se produce el paso de electrones por el conductor con la consiguiente generación de una corriente eléctrica. Mientras las dos sustancias están aisladas eléctricamente no hay corriente y la energía eléctrica permanece almacenada.
Esquema de pila Zn - Cu.
Pila galvánica.
La pila galvánica, consta de una lámina de zinc metálico, Zn (electrodo anódico), sumergida en una disolución de sulfato de zinc, ZnSO4, 1 M (solución anódica) y una lámina de cobre metálico, Cu (electrodo catódico), sumergido en una disolución de sulfato de cobre, CuSO4, 1 M (solución catódica).
El funcionamiento de la celda se basa en el principio de que la oxidación de Zn a Zn2+ y la reducción de Cu2+ a Cu se puede llevar a cabo simultáneamente, pero en recipientes separados por un puente salino, con la transferencia de electrones, e-, a través de un alambre conductor metálico externo.
Las láminas de zinc y cobre son electrodos.
Los electrodos son la superficie de contacto entre el conductor metálico y la solución de semicelda (anódica o catódica). Si el electrodo no participan de la reacción redox (ni se oxida ni se reduce), se le llama electrodo inerte o pasivo. Cuando participa de la reacción redox, como es este caso, se denomina electrodo activo.
El electrodo en el que se produce la oxidación es el ánodo y en el que se lleva a cabo la reducción es el cátodo.
Los electrones quedan libres a medida que el zinc metálico se oxida en el ánodo; fluyen a través del circuito externo hacia el cátodo, donde se consumen conforme el Cu2+(ac) se reduce.
Puesto que el Zn(s) se oxida en la celda, el electrodo de zinc pierde masa y la concentración de Zn2+(ac) en la solución aumenta con el funcionamiento de la celda. De manera similar, el electrodo de cobre gana masa y la solución de Cu2+(ac) se hace menos concentrada a medida que el éste se reduce a Cu(s).
Ánodo (oxidación) Zn(s) → Zn2+(ac) + 2e-
Cátodo (reducción) Cu2+(ac) + 2e- → Cu(s)
