¿Sabías que se puede encender una bombilla con patatas? ¿Y que, en general, algunos productos alimentarios son capaces de hacerlo? En este artículo explicaremos los fenómenos físicos por los que podemos transformar la lista de la compra en… ¡electricidad!
El circuito eléctrico: expliquémoslo de forma sencilla
Comprender la electricidad no es poca cosa. Se trata de un fenómeno del que todo el mundo tiene experiencia cotidiana a nivel macroscópico, pero no puede ver con sus propios ojos lo que ocurre dentro de un alambre metálico ni entender los movimientos que se producen en una placa caliente mientras se cocina o en el alambre incandescente de un secador de pelo. Los propios científicos han tardado siglos en interpretar los fenómenos eléctricos y sus implicaciones. El descubrimiento del electrón como carga negativa y partícula fundamental supuso sin duda un gran avance para la ciencia experimental e inició nuevos modelos y teorías científicas.
La comprensión de los fenómenos eléctricos implica un fuerte componente de abstracción y se basa en la construcción de modelos adecuados para describir la conducción eléctrica. A diario se nos estimula para que utilicemos aparatos eléctricos; sin embargo, ¡no somos capaces de explicar la naturaleza del fenómeno eléctrico!
Antes de sumergirnos en la experiencia de observar el fenómeno eléctrico, empecemos por la pregunta principal: ¿cuáles son las condiciones físicas necesarias para que exista un circuito eléctrico? ¿Qué elementos del circuito son esenciales para construir un circuito eléctrico?
Para explicarlo, retrocedamos unos siglos y conozcamos a Alessandro Volta, físico y químico italiano cuyo nombre seguro que todos conocemos. En 1800, Volta hizo público su invento de la pila enviando una carta a Joseph Banks, presidente de la Royal Society de Londres.
¿En qué consiste la invención del circuito eléctrico?
Alessandro Volta construyó una columna formada por pares de discos de cobre y zinc, apilándolos unos sobre otros y separándolos con un paño empapado en ácido sulfúrico diluido.
El zinc y el cobre, en contacto con la solución ácida, se cargan negativa y positivamente debido a reacciones químicas que hoy conocemos como oxidación-reducción, o
redox
. Se crea así un campo eléctrico: cada carga genera un campo eléctrico a su alrededor y cada una de estas cargas puede ejercer una fuerza sobre otras cargas que estén cerca de ella.
Como el zinc y el cobre están juntos por parejas, sus cargas ejercen una fuerza entre sí y esto hace que se muevan. Al moverse, ¡ganan energía!
Así, cada par de discos de cobre y zinc empapados y cargados da lugar a lo que en física se denomina«diferencia de potencial«. Al haber apilado varios pares, las diferencias de potencial de cada par se suman porque se intercalan con el disquete empapado en ácido diluido que permite que las cargas se muevan. Así, en los extremos de esta pila, la diferencia de potencial era la suma de la de todos los pares de cobre y zinc.
Volta conectó el disco de zinc del extremo superior de la «pila» con el disco de cobre del extremo inferior por medio de un hilo de cobre, y así obtuvo un paso continuo de corriente eléctrica circulando del polo positivo (el cobre) al polo negativo (el zinc), volviendo al polo positivo tras pasar por el interior de la pila.
Las baterías modernas, aunque bastante diferentes, explotan el mismo principio. A continuación, basta con conectar una bombilla o cualquier dispositivo electrónico a la batería y voilá, encendido.
¿Pueden las patatas formar un circuito eléctrico? ¿Cómo?
El zinc y el cobre reaccionan químicamente con la pulpa de patata de formas diferentes. El zinc lleva a cabo reacciones químicas tales que se acumulan cargas positivas en él. Por el contrario, las cargas negativas se concentrarán en los hilos de cobre.
La patata en sí no produce energía, pero como contiene ácido ascórbico, éste, en contacto con el cobre y el zinc, permite el paso de electrones de un lado a otro; en resumen, actúa como un puente.
Así es, elácido ascórbico de la patata se comporta como el ácido sulfúrico de la pila de Volta, permitiendo el paso de las cargas. Este fenómeno también se conoce como reacción «redox», y es capaz de encender y mantener artefactos eléctricos.
Una o dos patatas no suelen bastar para encender una bombilla: no se acumula suficiente diferencia de potencial. Utilizaremos al menos cuatro patatas, y ya nos habremos dado cuenta de que al conectarlas en serie sus diferencias de potencial se suman.
¿Todo despejado? ¡Bien!
Y ahora… ¡al taller!
Los ingredientes de nuestro experimento
- Cuatro patatas
- Barras/uñas de zinc
- Varillas/alambres de cobre
- Electrodo/lámpara
- Cables metálicos con abrazaderas en ambos extremos
Los componentes para construir el circuito eléctrico se pueden comprar en la ferretería o en Internet tecleando «kit de circuito eléctrico» y confiando en las plataformas de venta online más habituales.
Procedimiento
- Lavar y secar las patatas
- Colócalos sobre un plano e introduce en cada uno un clavo (o varilla) de zinc + y un alambre de cobre.
- Ahora conectamos los polos positivos (zinc) de una patata con los polos negativos (cobre) de la siguiente patata utilizando pinzas. Pasamos a la segunda patata y la conectamos con la tercera siguiendo la misma lógica: polo positivo con polo negativo. Conectando más de una patata en serie, en este caso detengámonos en la tercera, obtendremos una diferencia de potencial suficiente para encender ¡una pequeña bombilla de 1,5 voltios!
- Una vez conectadas tres patatas en serie, pasamos a conectar la bombilla: conectamos una pinza al cobre de la primera patata que hemos utilizado, que habrá quedado sin conectar. El otro extremo de esa pinza debe conectarse a uno de los dos electrodos de nuestra bombilla. Utilizamos un último cable para conectar el zinc de nuestra última patata: una pinza en el metal y otra en el electrodo descubierto de la bombilla.
- En el momento en que «cerramos» el circuito, ¡se apaga la bombilla!
¿Sólo las patatas pueden conducir la electricidad?
La respuesta es: por supuesto que no. Puedes experimentar con distintos alimentos que tengas en casa, como manzana, tomate o queso. Pero también sustancias líquidas como elagua, la nata o la leche.
El mundo es un enorme laboratorio científico, todo lo que tenemos que hacer es… ¡experimentarlo!
