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domingo, 29 de enero de 2012

¿Tanta energía contiene un rayo?



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Todos nos hemos sobrecogido alguna vez con el poder desplegado en una tormenta, especialmente cuando un rayo cae cerca, no suena tan bonito como cuando es lejano, un crujido breve, seco y sobretodo violento que mete el miedo en el cuerpo al mas curtido. Y son sabidos los efectos que un rayo puede causar.

Pero...

En realidad, un rayo contiene una cantidad bastante modesta de energía. Incluso podríamos decir que pequeña. Esto parece una solemne tontería, pero así es. Lo que si tiene en cantidad apabullante es...potencia. Pero energía, poquita.

Si hacemos unos números sencillos, podemos comprobarlo.

La potencia eléctrica viene dada por la expresión:

P = V * I  (Potencia en vatios = Voltaje en voltios  *  Intensidad en amperios)

Un rayo no es una cosa “standard”, claro, los hay de mas o menos voltaje, de mas o menos amperaje (intensidad), y también su duración es variable, pero el rayo medio suele tener estas características:

Voltaje: Un arco eléctrico puede conseguirse con unos pocos voltios. En el otro extremo tenemos los super-rayos o rayos positivos, que van de tierra a la cima de la nube y pueden superar voltajes de 1.000.000.000 (si, has leído bien) mil millones de voltios. Un rayo medio puede tener un voltaje de algunas decenas o incluso centenares de millones de voltios. Pongamos un valor medio de 100.000.000 voltios. Cien millones de voltios.

Amperaje o intensidad: En el cable de bajada de los pararrayos hay unas pequeñas cajitas en donde se pueden ver unos números (normalmente están a cero, por fortuna xD), que son los “contadores de impacto”. Estos dispositivos están tasados a un mínimo de 800 amperios. O sea, que por debajo de 800 amperios no se considera descarga de rayo. Para hacerse una idea de lo que son 800 amperios, valga saber que nuestra casa, consumiendo electricidad al máximo, al punto de hacer saltar el automático, dependiendo de la potencia contratada, viene a ser en torno a los 25 amperios.



En el lado opuesto, se han registrado auténticos monstruos, rayos con intensidades de mas de 500.000 amperios. Un auténtico disparate, pero poco frecuente.

La intensidad de un rayo medio, típico, es de 25.000 amperios.


Bien, ya tenemos los dos datos que necesitábamos (voltaje e intensidad) para saber la potencia de un rayo:

Voltaje: 100.000.000 voltios
Intensidad: 25.000 amperios

Aplicando la formula Potencia(vatios) = Tensión(Voltios) * Intensidad(amperios)

Potencia = 100.000.000voltios * 25.000amperios =  2.500.000.000.000 vatios

O sea, dos Billones y medio de vatios, Dos Teravatios y medio.

Como comparación, las mayores centrales eléctricas del mundo, generan casi 10 gigavatios, que es una cifra muy inferior. Si dividimos los dos teravatios y medio entre 10 gigavatios, tenemos que un rayo produce tanta electricidad como 312 centrales eléctricas nucleares de las mas potentes en el mundo.

Si dividimos esos dos teravatios y medio entre los 5000 vatios promedio de un hogar consumiendo a tope, tenemos que un rayo podría llevar adelante a 500.000.000 (quinientos millones) de hogares.


Un rayo tiene mucha potencia, ya lo hemos visto, si, pero...¿durante cuanto tiempo?

Aquí viene el quid de la cuestión: Lo mismo que un rayo tiene una gran potencia, también tiene una duración extraordinariamente breve.

No debe despistarnos el hecho de que el rayo en realidad está compuesto por muchas descargas sucesivas separadas por un tiempo también breve, y sobretodo nuestra retina que nos engaña: Cuando vemos la luz de un rayo, ésta persiste en nuestra retina casi un segundo, un tiempo muy superior a lo que realmente dura un rayo. Además, lo que realmente vemos no es la electricidad, sino el efecto que ésta produce en el aire: Su calentamiento súbito, y el aire tiene una inercia térmica: Sigue brillando un instante aún después de haber cesado la descarga eléctrica.

Así que no debe extrañarnos si se afirma que la duración total de un rayo puede ser de un tiempo tan breve como de 1 milésima de segundo.

Si tenemos en cuenta el tiempo, ahora hablamos no de potencia, sino de energía, de trabajo.

Apliquemos la fórmula:

Trabajo (Kilovatios.Hora) = Potencia * Tiempo

Sustituyendo términos:

Trabajo = 2.500.000.000.000 vatios * 1 milisegundo

Pasamos milisegundo a horas:

Trabajo = 2.500.000.000.000 vatios * 0,000000277 horas = 694.444 vatios-hora

Pasamos a Kilovatios, dividiendo por 1000 

695 KwH aproximadamente.

Esto equivale a (tan poco) como:
-         El consumo de 350 planchas de planchar la ropa funcionando durante una hora. Si una plancha tiene un consumo típico de 2 KwH, 350 planchas consumirán unos 700 KwH, cifra casi igual a la de nuestro rayo (695 KwH).

-         Un trayecto de unas 10 horas en un coche rindiendo 100 CV
100 CV vienen a ser aproximadamente 70 Kw. Si multiplicamos por diez horas, también tendremos mas o menos la potencia de nuestro rayo (695 KwH).

Todo esto parece fruto de una equivocación en un cálculo, de algún truco,...

¿Cómo va a tener un simple depósito de combustible de un coche la misma energía que un rayo?

La clave está en el tiempo empleado en desarrollar esa energía.

Mientras que en un rayo esa energía (700 KwH) se genera en un milisegundo, en el caso del coche, la energía del depósito de combustible (también del orden de cientos de KwH) se desarrolla durante varias horas, que es lo que dura un depósito de combustible en un viaje normal.

Pero...¿Y si quemáramos ese depósito de combustible no en varias horas, sino también en una fracción de segundo como en el caso del rayo? ¿Se puede hacer tal cosa?

Por supuesto que si.

Si llenamos un gran recinto cerrado con la mezcla pulverizada de combustible/aire y esperamos a gastar los 60 litros de un depósito de un coche, y entonces prendemos fuego a esa atmósfera creada con la mezcla explosiva, la detonación sería instantánea, explosiva, en una fracción de segundo, y el resultado no tendría nada que envidiar a los efectos de un rayo. Pobre recinto. El trabajo de varias horas resumido en una fracción de segundo. Igual que el rayo.

Así que, parece ser que efectivamente, un rayo tiene una gran potencia, pero una energía mas bien discreta.

Por cierto, si queremos saber lo que vale un rayo, según las tarifas actuales de electricidad, tendría un coste inferior a cien euros.


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lunes, 23 de enero de 2012

Reflexión

No importa que la teoría del big bang sea cierta o no, aunque bastantes comprobaciones recientes parecen confirmarla. Lo que sí que está claro es que al Inicio, la materia en el universo se componía practicamente de hidrógeno, el átomo mas sencillo. El primer elemento en la tabla periódica.
Estos átomos de hidrógeno se agrupaban formando nubes de tamaño inmenso.

De vez en cuando, por gravedad, algunas regiones de esas nubes se condensaban formando una acumulación de materia.

Cuando esa acumulación de materia era suficientemente grande, la presión y temperatura en el interior producian una extraña reacción: La fusión de dos átomos de hidrogeno resultando un átomo de helio y desprendimiento de mucha energía

HABÍA NACIDO UNA ESTRELLA.

Tras mucho tiempo luciendo, cuando esa estrella consumía su hidrogeno convirtiéndolo en helio, sufre un cambio: aumenta su temperatura y presión, y ahora es capaz de fusionar el helio en carbono. Dando un paso mas en la tabla periodica.

Y así, la estrella va sintetizando los materiales de la tabla periódica, paso a paso, a lo largo de su vida.

Las estrellas con una masa igual o superior a 8 veces la de nuestro Sol, terminan sus dias de una forma espectacular. Cuando llegan a la fase del hierro, no dan un paso mas en la tabla periodica creando el siguiente material, sino que explotan de forma violenta (Supernovas), y crean en un instante todos los materiales que hay mas allá del hierro en la tabla periódica. Por cierto, esta es la razón de porqué el hierro es tan común y abundante en el universo.

En esa explosión de supernova, se esparcen TODOS los materiales de la tabla periódica por el espacio.

Cuando ese material alcanza una nube de hidrógeno, lo "enriquece" con todos sus componentes.

Y también produce una perturbación en la nube de hidrógeno que provoca la formación de nuevas estrellas.

Estas nuevas estrellas, se llaman "de segunda generación", porque además de hidrógeno, llevan los restos de una estrella anterior que "murió": La supernova que estalló, millones de años antes, en un lugar muy distante.

Entre estas estrellas de segunda generación, enriquecidas con restos de una supernova, está nuestro Sol, y también la corte de planetas que lo rodean, y por supuesto, la Tierra.

En ese planeta llamado Tierra, después de millones de años, por medio de reacciones químicas, una molécula tuvo una particularidad asombrosa: Era capaz de hacer copias de sí misma.

HABÍA NACIDO LA VIDA.

Tras muchos millones de años, apareciendo y desapareciendo especies, extinciones, y muchos desastres naturales, apareció una especie.

Esa especie es capaz de comunicarse con un lenguaje,
es capaz de predecir acontecimientos,
ha creado cosas como el arte, la ciencia, el deporte, las leyes, el derecho, la medicina...

Esta evolución cósmica también ha creado cosas como: Madrid, Roma, el Mesiah de Haendel, una carrera de F-1, Don Juan Tenorio, El Quijote,  un amor apasionado...y la guerra, un Ferrari, un Mojito, el juego del Ajedrez, el del escondite, un desengaño, el llanto y la risa, la verdad y la mentira, las estaciones del año, una luna llena sobre los pinos...

Estas son algunas de las cosas que aquél primigenio y humilde átomo de hidrógeno es capaz de hacer si le das 15.000 millones de años...




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Tutorial. Reparar mandos a distancia

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Hay veces en que un mando a distancia deja de funcionar o lo hace de forma irregular. El mando puede ser de la TV, del equipo de música, del aire acondicionado, etc...

Debido al (relativo) bajo costo de estos mandos, la solución suele pasar por tirar el averiado y comprar uno nuevo.

Pero hay veces en que ese mando no tiene un sustituto, o bien el sustituto no tiene todas las funciones del original. O sencillamente no nos apetece formar parte de la perversa cadena de "usar y tirar".

Hice este video tutorial con el propósito de que rescatemos a nuestro mando de ir directamente al cubo de la basura. Se afrontan las cinco averías típicas en los mandos a distancia y podremos terminar con éxito en más del 80% de los casos.


El vídeo:




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domingo, 22 de enero de 2012

Luz química. Quimioluminiscencia del Luminol


















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Hay muchas formas de crear luz,
y una de ellas es mediante una
reacción química, lo que se conoce
como quimioluminiscencia.

De entre las variadas formulaciones 
que hay para conseguir luz, en este
vídeo presento una bastante sencilla,
sólo usa cuatro productos.

- Sosa caústica
- Dimetilsulfoxido
- Fluoresceina
- Luminol

No es necesario que describa nuevamente el procedimiento, en el vídeo podéis verlo todo claramente.

Esta formulación no proporciona una gran intensidad de luz, pero sí consigue un brillo mas o menos sostenido durante varias horas. Hay otras formulaciones en que se utiliza agua oxigenada y ferrocianuro donde la luz obtenida es un fuerte destello, muy brillante, pero que apenas dura un segundo.

Unas palabras sobre seguridad:
La sosa caústica es corrosiva, manejar con precaución.
El dimetilsulfoxido es rápidamente absorbido por la piel
Usar guantes.

Como curiosidad, el luminol es utilizado en la ciencia forense para hallar restos de sangre, incluso después de haber limpiado los objetos manchados de sangre, tal es la sensibilidad del luminol a la sangre (por el hierro que ésta contiene).


El vídeo:



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lunes, 16 de enero de 2012

Pila eléctrica casera con agua y sal
















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En este vídeo muestro una forma de hacer un grupo de tres pilas -una batería- que proporciona casi tres voltios si las conectamos en serie.

También suministra suficiente intensidad como para mover un motor de mecánica de CD al que se le ha acoplado una hélice de aeromodelismo para que se aprecie mejor el giro. Hay que tener en cuenta que la hélice frena bastante al motor...

Si a cada uno de los vasos le añadís un chorrito de agua oxigenada (el equivalente a una cucharadita), veréis que el rendimiento aumenta espectacularmente.


Excepto quizás el cobre (puede conseguirse un trozo de tubería de cobre en un establecimiento de chatarra a un precio razonable), todos los demás componentes son bastante fáciles de encontrar.

Una vez que esta pila se agota, se puede volver a hacer funcionar lijando el óxido que se fija en el cobre, poniendo nuevos herrajes cincados y añadiendo nueva agua con sal.


Lista de materiales:
3 vasos de plástico o material aislante
1 litro aproximadamente de agua
1-2 cucharadas de sal, para echarlas al agua y disolverla
1 chorro de agua oxigenada, para echarlo al agua con sal
3 piezas de cobre
3 piezas de zinc
2 trozos de cable para unir las pilas entre si
2 trozos mas de cable, para conectar las pilas al dispositivo a conectar
1 dispositivo que funcione a 2-3 voltios, por ejemplo: motor de cd/dvd
Opcional: 8 pinzas de cocodrilo para los cables.


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