Así se ven 4 millones de paneles solares desde el espacio

Hace unas semanas os hablaba del futuro dorado que le espera a la generación energética fotovoltaica gracias al nuevo impulso que China le está dando. Si pensabais que el gigante asiático se limitaría a exportar su producción de paneles estáis equivocados, y como muestra un botón que la NASA nos hace llegar desde el espacio (véase imagen superior).

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 Así se ven 4 millones de paneles solares desde el espacio

17 trucos para una Navidad más sostenible y responsable

La Navidad está a la vuelta de la esquina. Es tiempo de estar con la familia y los amigos, o con quien cada uno le apetezca. Además de ser un “tiempo de amor y de paz”, es una época del año en la que el consumismo se dispara. Es por este motivo que queremos traerte 17 trucos para que estas Navidades seas más responsable y sostenible.

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17 trucos para una Navidad más sostenible y responsable

La Guerra de las Corrientes, AC/DC.

Una figura alta y delgada apareció en la cubierta del trasatlántico. Un traje oscuro, sin sombrero, dos maletas y cuatro céntimos en su haber. Así llegó Nikola Tesla a Nueva York en junio de 1884. Traía una carta de recomendación de su jefe en París, destinada a Thomas Alva Edison. No tardó Tesla en entrar a trabajar con el gran inventor, pero en el futuro ambos se enfrentarían en la llamada Guerra de las Corrientes. 

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 La Guerra de las Corrientes, AC/DC.

La primera confirmación experimental de la teoría de Maxwell

¿Había establecido Maxwell sin ningún género de dudas que la luz consistía en ondas electromagnéticas o, al menos, que las ondas electromagnéticas existían? No. De hecho, la mayoría de los físicos fueron bastante escépticos durante varios años. El hecho de que la razón entre dos cantidades calculadas en experimentos eléctricos resultase ser próxima a la velocidad de la luz sugería que podía existir una conexión entre la electricidad y la luz. Nadie argumentaba seriamente que esto fuese solo una casualidad. Pero eran necesarias pruebas mucho más contundentes antes de que el conjunto de la teoría de Maxwell, con su concepto de corrientes de desplazamiento, pudiese ser aceptada.

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La primera confirmación experimental de la teoría de Maxwell

Fuerzas eléctricas atractivas entre electrones en nanotubos de carbono

Cargas iguales se repelen, cargas opuestas se atraen, pero no siempre. Hace 50 años se predijo que la repulsión entre pares de electrones puede inducir una atracción en otras parejas de electrones. El fenómeno se ha observado en nanotubos de carbono a temperaturas cercanas al cero absoluto. Se usan dos nanotubos cruzados de forma perpendicular. Dos electrones se repelen en un nanotubo, pero provocan que otros dos electrones en el otro nanotubo se atraigan entre sí. Un resultado sorprendente que podría dar lugar al diseño de nuevos tipos de superconductores.

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 Fuerzas eléctricas atractivas entre electrones en nanotubos de carbono

Cuando el más pequeño movimiento genera electricidad que puedes usar

Desde que un grupo de investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia (EE.UU.) desarrollase el primer nanogenerador triboelétrico (NGTE) en 2012, el desarrollo de de esta tecnología para suministrar energía a dispositivos electrónicos de pequeño tamaño ha sido continua. Para entendernos, un NGTE es capaz de generar electricidad a partir de la fricción.

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 Cuando el más pequeño movimiento genera electricidad que puedes usar

Las anguilas eléctricas saltan y Humboldt tenía razón

En marzo de 1800, en su famoso viaje por Sudamérica, el naturalista y explorador Alexander von Humboldt quedó impresionado por las anguilas de dos metros que podían encontrarse en algunos ríos y pidió a algunos pescadores locales que le ayudaran a capturar alguna. Para su sorpresa, los nativos siguieron una estrategia bastante rocambolesca, que consistí en introducirse en una charca con una treintena de caballos y mulas provocando una pequeña estampida para agitar el agua. Al momento, varias anguilas saltaban del agua y propinaban descargas eléctricas a los equinos, hasta que quedaban exhaustas y los pescadores podían capturarlas sin peligro.

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 Las anguilas eléctricas saltan y Humboldt tenía razón

Campo magnético y cargas en movimiento

Las interacciones entre corrientes e imanes y entre corrientes entre sí que hemos visto se entienden mucho mejor y se simplifican si se emplea el concepto de campo magnético. Si bien la partcipación de vectores parece complicar un tanto el asunto, veremos que en realidad podemos abordarlo de forma muy sencilla.

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 Campo magnético y cargas en movimiento

Bohr y la veneración de la autoridad

La autoridad es algo a tener muy en cuenta. Como mamíferos gregarios que somos estamos preparados desde antes de nacer para reconocer la autoridad y concederle prebendas y privilegios por el mero hecho de ser eso, autoridad. Lo vemos, y nos sometemos, todos los días, aunque sin darnos cuenta. Es algo que en publicidad se sabe y se utiliza mucho: batas, trajes, fonendos, microscopios, títulos académicos, todo se usa para revestir a la imagen que promociona tu producto de autoridad. Hasta en el desarrollo de la ciencia juega un papel que, aunque se corrija con el tiempo, puede perdurar bastante si se mide en vidas humanas. El caso de Niels Bohr es paradigmático. Advertimos al lector que lo que sigue puede resultarle chocante, cuando no escandaloso, si es de los que ha aprendido a sentir devoción por su figura.

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 Bohr y la veneración de la autoridad

El genio de Ampère

El experimento de Oersted marca una de esas raras ocasiones en las que un descubrimiento abre de repente todo un nuevo y fascinante campo de investigación, todo un “océano de ignorancia”, parafraseando a Newton, esperando a ser explorado.

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 El genio de Ampère

Las corrientes eléctricas actúan sobre los imanes

A comienzos del siglo XVIII empezaron a aparecer informes de que el rayo podía cambiar la magnetización de las agujas de las brújulas y convertía a los cuchillos y cucharas en imanes. Algunos investigadores llegaron a creer que conseguían agujas de acero imantadas simplemente descargando un objeto cargado a través de ellas. Lo único que estaba claro en estos informes es que en ningún caso las observaciones se habían visto seguidas por series de experimentos planeados que pudiesen haber llevado a conceptos e hipótesis interesantes.

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 Las corrientes eléctricas actúan sobre los imanes

Potencia eléctrica

Supongamos que una carga se mueve libremente de un terminal a otro en un tubo en el que se ha hecho el vacío. El trabajo realizado sobre la carga sería, simplemente, el incremento en energía cinética que experimentase la propia carga. Pero las cargas rara vez se mueven libremente. Una carga que se mueve a través de un material, como un cable, transfiere energía al material porque choca con los átomos del propio material. Por lo tanto, al menos parte del trabajo se pierde en forma de energía térmica ya que los choques incrementan la vibración de los átomos.

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Potencia eléctrica

Bubbler: Una plantilla para obtener energía al caminar

La oscilación periódica de tu pie al caminar se puede usar para obtener energía. Pero hacerlo de forma cómoda y eficiente no es fácil. Una gota de un líquido al comprimirse y expandirse entre dos electrodos produce un μW de electricidad (por electrohumectación inversa). Una plantilla para el talón rellena de miles de gotas líquidas es cómoda de llevar y genera energía eléctrica de forma eficiente.

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 Bubbler: Una plantilla para obtener energía al caminar

La ley de Ohm

La aceleración de un electrón por un campo eléctrico en el vacío es el ejemplo más sencillo de una diferencia de potencial afectando a una partícula cargada. Un ejemplo más familiar es una corriente eléctrica en un cable metálico. Un montaje habitual consiste en los dos extremos del cable conectado a los dos terminales de la batería. Los cambios químicos que se producen en el interior de la batería producen un campo eléctrico que lleva continuamente cargas a los terminales, haciendo que uno se cargue negativamente, dejando al otro cargado positivamente (quizás sea conveniente recordar la convención sobre el sentido de flujo de la corriente). El “voltaje” de la batería nos dice cuanta energía por unidad de carga tenemos disponible cuando las cargas se mueven en cualquier camino externo a la batería de un terminal a otro, por ejemplo, el que sigue por el cable.

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 La ley de Ohm

Aceleradores y electrón-voltios

La energía potencial eléctrica, como pasa con la energía potencial gravitatoria, puede convertirse en energía cinética. Una partícula cargada en un campo eléctrico, sobre la que no actúen otras fuerzas se acelerará. Al hacerlo, incrementará su energía cinética a expensas de la energía potencial. En otras palabras, la fuerza eléctrica sobre la carga actíua de tal manera que la empuja a regiones del campo de menor potencial elétrico. Una carga  que cae una diferencia de potencial V incrementa su energía cinética un valor qV si no pierde nada por fricción. Simbólicamente: ΔE_c = qV.

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Aceleradores y electrón-voltios

La diferencia de potencial eléctrico

Cuando se conectan los terminales de una batería eléctrica es cuando surgen chispas y calor. Estos fenómenos muestran que la energía de la batería se está transformando en luz, sonido y energía térmica. La batería misma está convirtiendo energía química en energía eléctrica. Ésta, a su vez, se transforma en otras formas de energía (como el calor) en los conductores que unen los terminales. Con objeto de comprender las corrientes eléctricas y cómo pueden usarse para transportar energía, necesitamos un nuevo concepto al que llamaremos, en honor a Volta y su batería, voltaje.

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 La diferencia de potencial eléctrico

Cargas en movimiento

Si tocas el extremo de una cadena metálica con un objeto cargado, toda la cadena se carga. La explicación obvia es que las cargas se mueven por la cadena y se distribuyen por ella. Las cargas eléctricas se mueven fácilmente por algunos materiales, llamados conductores. Los conductores metálicos fueron los más usados por los primeros experimentadores, pero las disoluciones de sales y los gases calientes también conducen las cargas fácilmente. Otros materiales, como el vidrio y las fibras secas no conducen las cargas prácticamente nada; este tipo de materiales se conocen como no conductores o aislantes.

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 Cargas en movimiento

Inducción electrostática

En las últimas anotaciones que hemos publicado estamos tratando la electrostática desde primeros principios, partiendo de las observaciones experimentales más sencillas. Hemos llegado a cuantificar la fuerza eléctrica entre cargas con la ley de Coulomb y, con ella, hemos podido establecer una unidad de carga eléctrica. Todo esto está muy bien pero hay algo que parece que no cuadra; sin embargo veremos a continuación que tenemos la información para resolver también esta cuestión. Pero vamos por partes.

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 Inducción electrostática

La unidad de carga eléctrica

La ley de Coulomb puede usarse para definir una unidad de carga siempre y cuando hayamos definido las unidades de las otras variables que aparecen en la ecuación. Por ejemplo, nada impide que asignemos a k un valor de exactamente 1 y entonces definir una unidad de carga de tal manera que dos unidades de carga separadas por una distancia unidad ejerzan una unidad de fuerza la una sobre la otra. De hecho existe un conjunto de unidades basado en esta elección. Sin embargo, otro sistema de unidades eléctricas, el conocido como mksa, es mucho más conveniente.

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La unidad de carga eléctrica

Ley de la fuerza eléctrica (2): la magnitud de carga y la ley de Coulomb

Veíamos en la anotación anterior cómo Coulomb demostró que la fuerza eléctrica dependía de la distancia entre las cargas.
Coulomb también demostró experimentalmente cómo depende la fuerza eléctrica de las magnitides de las cargas. Obviamente en aquella época no existía aún un método aceptado para medir cuantitativamente la cantidad de carga en un objeto (de hecho, nada de lo que llevamos dicho hasta ahora sugiere siquiera cómo medir la magnitud de carga en un cuerpo).

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 Ley de la fuerza eléctrica (2): la magnitud de carga y la ley de Coulomb