Libro décimo
Capítulo primero
Pila voltaica; sus modificaciones
635. Experimento y teoría de Galvani. -A Galvani, profesor de anatomía en Bolonia, somos deudores del experimento fundamental que fue causa del descubrimiento de la electricidad dinámica (585), o del galvanismo, nuevo ramo de la física, en extremo notable por las numerosas aplicaciones que ha recibido desde medio siglo a esta parte.
Hacía ya muchos años que Galvani estudiaba la influencia de la electricidad sobre la irritabilidad nerviosa de los animales, y particularmente de la rana, cuando tuvo ocasión, en 1786, de observar que estando los nervios lumbares de una rana muerta en comunicación, por un circuito metálico, con los músculos crurales, se contraían éstos con gran energía.
Para repetir el experimento de Galvani, se desuella una rana viva cortándola por la parte inferior de los miembros anteriores (fig. 466), y puestos a descubierto los nervios lumbares situados en ambos lados de la columna vertebral, bajo la forma de filamentos blancos, se toma un conductor metálico formado de dos arcos, uno de zinc y otro de cobre, e introduciendo uno de ellos entre los nervios y la columna vertebral, se hace que toque el otro los músculos de uno de los muslos o de las piernas. A cada contacto se repliegan y se agitan los músculos, y al parecer recobra la vida para saltar, la parte de la rana con la cual se efectúa el experimento.
Galvani, que había observado ya, desde 1780, que la electricidad de las máquinas eléctricas producía en las ranas muertas conmociones análogas, atribuyó el fenómeno que acabamos de describir a la existencia de una electricidad inherente al animal, y considerando el músculo como una botella de Leyden, y al nervio como un simple conductor, admitió que, en el de la contracción, el fluido positivo circulaba desde el nervio al músculo al través del circuito metálico, y desde el músculo al nervio en el cuerpo de la rana.
Muchas personas de autoridad, y sobre todo los fisiólogos, adoptaron la teoría de Galvani con el nombre de electricidad animal o de fluido galvánico. No por eso dejó de encontrar oposición; y quien con más viveza se la hizo fue Volta, profesor de física en Pavía, conocido ya por la invención del electróforo, del electrómetro condensador y del eudiómetro.
636. Experimento de Volta. -Galvani había fijado exclusivamente su atención en los nervios y en los músculos de la rana; y Volta estudió con sumo cuidado los metales que establecen la comunicación. Fundándose en la observación que no se había ocultado a Galvani, de que la contracción muscular es mucho más enérgica cuando el arco se compone de dos metales que cuando de uno solo, atribuyó Volta a los metales el papel activo en el fenómeno de la contracción. Admitió que por el simple efecto de su contacto se desarrollaba la electricidad, y que las partes animales se limitaban al papel de simples conductores, siendo al mismo tiempo un electróscopo muy sensible.
En efecto, por medio del electrómetro condensador que acababa de inventar, demostró al parecer Volta, con numerosos experimentos, el desarrollo de electricidad por el contacto de los metales. Citaremos el siguiente, que fácilmente puede repetirse: se aplica el dedo mojado sobre el platillo superior del electrómetro condensador (626); luego se toca el inferior con una lámina de zinc bien limpia que se coge con la mano; interrumpiendo en seguida las comunicaciones, y, quitando el platillo superior (fig. 454), divergen los panes de oro, comprobándose que están electrizadas negativamente, lo cual conduce a admitir que, por su contacto con el zinc, se cargó de electricidad positiva este metal, y de negativa el cobre. Por lo demás, en este experimento no puede atribuirse la electricidad al roce ni a la presión, porque si volviendo las láminas c, z, se toca el platillo del condensador, que es de cobre, con la lámina de zinc, teniendo en la mano la lámina de cobre c que se encuentra soldada, no se obtiene indicio alguno de electricidad.
Empeñose entonces una memorable discusión entre Volta y Galvani. Este último, que sostenía con profunda convicción su teoría de la electricidad animal, evidenció que no era indispensable la presencia de dos metales para la producción del fenómeno, y que se obtienen contracciones colocando sobre un baño de mercurio muy puro una rana muerta y recién preparada. Finalmente demostró, que aproximando los nervios lumbares a los músculos crurales, se produce, en el momento del contacto, una viva contracción. En este último experimento ya no desempeñaba papel alguno ningún metal, y parecía triunfante la teoría de Galvani; pero Volta la combatió entonces dando más extensión a su teoría del contacto, y sentando como principio general que dos sustancias heterogéneas cualesquiera, puestas en contacto, se constituyen siempre, la una en el estado de electricidad positiva, y la otra en el de negativa.
Sin embargo, aún hizo Galvani un postrer experimento, en el cual era imposible admitir un efecto de contacto, supuesto que sólo se tocaban sustancias homogéneas. Colocó sobre un disco de vidrio un muslo de rana con su nervio lumbar, y al lado otro muslo dispuesto del mismo modo: aplicado el nervio del segundo sobre el del primero, en términos de que en el punto de contacto no existiese más que sustancia nerviosa, puso en contacto los dos muslos, y obtuvo una fuerte contracción. Galvani había conseguido, pues, demostrar la existencia de la electricidad animal, puesta en evidencia en nuestros días por M. Matteucci con la denominación de corriente propia de la rana.
637. Teoría de Volta. -Volta, físico antes que todo, y no considerando más que las condiciones físicas del problema, rechazó la teoría de la electricidad animal, y admitió exclusivamente la del contacto, que puede formularse por los dos principios siguientes:
1.� El contacto de dos cuerpos heterogéneos da origen constantemente a una fuerza que Volta designó con el nombre de fuerza electromotriz, y que reconoce por carácter, no sólo descomponer parte de su electricidad natural, sino también oponerse a la recomposición de las electricidades contrarias acumuladas en los dos cuerpos en contacto.
2.� Cuando dos sustancias heterogéneas están en contacto, la diferencia algebraica de su estado eléctrico es constante para los mismos cuerpos, sean cuales fueren las condiciones en que se encuentren, e igual a la fuerza electro-motriz. Es decir, que si se quita a los dos cuerpos, o bien si se les comunica una cantidad cualquiera de electricidad, no se modifica la diferencia de su estado eléctrico relativo: en el primer caso, la fuerza electro-motriz reproduce inmediatamente una cantidad de electricidad igual a la que se quitó, y en el segundo, el exceso de fluido adicionado se distribuye con igualdad en los dos cuerpos, resultando de aquí que no varía la diferencia de los dos estados eléctricos. Por ejemplo, si dos discos, de zinc y de cobre, puestos en contacto y aislados ambos, tienen +1 electricidad positiva el primero, y -1 negativa el segundo, y se comunica a este sistema una cantidad de fluido positivo 20, se tendrá en el zinc 20+1, o 21, y en el cobre, 20-1, o 19. De modo que la diferencia que era 2 entre los estados eléctricos +1 y -1, es también 2 entre los 21 y 19.
Como la fuerza electro-motriz que admitía Volta no desarrollaba igual cantidad de fluido en contacto con todas las sustancias, dividió dicho físico los cuerpos en buenos electro-motores y en débiles electro-motores. En la primera clase se encuentran los metales y el carbón bien calcinado, y en la segunda los líquidos, y en general, los cuerpos no metálicos. Los metales tampoco son por igual buenos electromotores; el zinc y el cobre, soldados entre sí, lo son en alto grado, y por último, la especie de electricidad desarrollada cambia con la naturaleza de las sustancias en contacto. El zinc, el hierro, el estaño, el plomo, el bismuto y el antimonio se electrizan positivamente en contacto con el cobre; y negativamente en el mismo caso el oro, la plata y el platino.
Fundándose Volta en la teoría del contacto, llegó a inventar el maravilloso aparato que ha inmortalizado su nombre. Sin embargo, a poco encontró también esta teoría, como la de Galvani, notable oposición; y hoy únicamente se atribuye a las acciones químicas, según expondremos más adelante, el desarrollo de electricidad cuyo origen, según Volta, era el contacto.
638. Pila de Volta. -Dase el nombre general de pila a todos los aparatos que sirven para desarrollar la electricidad dinámica. El primer aparato de esta clase, inventado por Volta en 1800, se compone de una serie de discos puestos unos sobre otros en el orden siguiente: un disco de cobre, otro de zinc, una rodaja de paño empapada de agua acidulada, luego un disco de cobre, otro de zinc, una nueva rodaja de paño, y así sucesivamente en el mismo orden, según indica la figura 467. De esta disposición toma origen el nombre de pila que ha conservado, por más que haya recibido este aparato otras enteramente distintas. Suéldanse ordinariamente entre sí, de dos en dos, los discos de zinc y de cobre, de modo que forman pares, separados por las rodajas húmedas, y sostenidos verticalmente por tres cilindros macizos de vidrio. La forma de este aparato ha sido causa de que se designe con el nombre de pila de columna.
La distribución de la electricidad varía en esta pila, si se halla en comunicación con el suelo por una de sus extremidades, o bien si se encuentra aislada, lo cual se obtiene colocándola en un platillo de vidrio o de resina, y aunque sea de madera que no conduce de una manera sensible la electricidad de la pila.
En el primer caso, demuestra la experiencia que la extremidad que comunica con el suelo se halla en el estado natural, y que el resto de la pila no contiene más que una especie de electricidad, que es positiva si termina en un disco de cobre la extremidad de la pila que comunica con el suelo, y negativa si aquél es de zinc. En cuanto a la tensión, debería crecer, según la teoría de Volta (637, 2.�), proporcionalmente al número de los pares; pero la experiencia nos demuestra que aumenta con menos rapidez.
La electricidad en la pila aislada se distribuye de distinta manera. Compruébase entonces, por medio del electrómetro, que la parte media se halla en el estado natural, que cada mitad de la pila está enteramente cargada, de electricidad positiva la una, y negativa la otra, que la tensión crece por una y otra parte, a contar desde el centro hacia las extremidades. La mitad que termina por zinc está cargada de electricidad positiva, y la otra de negativa. En la teoría química veremos cuál es la causa de esta distribución de la electricidad en la pila.
639. Tensión de la pila. - La tensión de una pila es la tendencia de la electricidad acumulada en las extremidades a desprenderse y a vencer los obstáculos que se oponen a su marcha. No hay que confundir la tensión de una pila con la cantidad de electricidad que puede desprender; pues la tensión depende particularmente del número de pares, mientras que la cantidad de fluido, en igualdad de circunstancias, crece con la superficie de los pares; y así cuanto mayor es esta superficie, más considerable es, no variando la tensión, la cantidad de electricidad que circula en la pila; cantidad que crece también con la conductibilidad del líquido interpuesto entre los pares; la tensión, por el contrario, es independiente de la naturaleza de dicho líquido.
Como no haya un número considerable de pares, la tensión en las extremidades de la pila es siempre mucho más débil que en las máquinas eléctricas; y en efecto, no sólo cada extremidad considerada aisladamente no da chispas, sino que tampoco atrae los cuerpos ligeros; de modo que sólo con el electrómetro condensador de panes de oro se consigue que sea sensible la tensión. Para que así sea, se hace comunicar, uno de los platillos del electrómetro con una de las extremidades de la pila, y el otro con la otra extremidad o con el suelo. Cárgase entonces instantáneamente el aparato, o interrumpiendo las comunicaciones, se ve que divergen los panes de oro. Hasta puede cargarse una botella de Leyden cuando comunica su armadura interior con una de las extremidades de la pila, y la exterior con la otra, pero esta carga es mucho más débil que la que procura la máquina eléctrica.
640. Polos, electrodos, corrientes. -En una pila, se llama polo positivo la extremidad en donde tiende a acumularse el fluido positivo, y polo negativo, aquélla en la cual propende a acumularse el negativo. El último zinc es el que tiende a ser el polo positivo, y el último cobre el polo negativo; pero como se ha visto anteriormente (638) que en la pila de columna se puede suprimir el último zinc sin cambiar en nada la distribución de la electricidad, de modo que entonces cada polo corresponde a un cobre, y como sucederá otro tanto en las diversas pilas que daremos a conocer, resulta que habría confusión si se denominasen los polos por los nombres de los metales a que corresponden. En una palabra, no es la naturaleza de los metales que terminan la pila la que debe determinar tal o cual polo, sino el orden en que estos metales están dispuestos. Es decir, que el polo positivo está siempre a la extremidad hacia la cual miran los zincs de cada par, y el polo negativo a la extremidad a que miran los cobres.
Denomínanse electrodos o reóforos dos alambres fijos en los polos de la pila (fig. 467), destinados a hacerlos comunicar entre sí, de suerte que las extremidades de estos alambres vengan a convertirse a su vez en polos.
Finalmente, se designa con el nombre de corriente la recomposición de las electricidades contrarias que se opera desde uno a otro polo de una pila, cuando comunican entre sí por medio de los electrodos o de cualquier cuerpo conductor. Los efectos de las pilas demuestran que las corrientes son continuas, lo cual prueba que a medida que se reúnen las dos electricidades al través del alambre conjuntivo, la fuerza electro-motriz, o mejor la acción química, descompone una nueva cantidad de electricidad natural en la pila.
Admítese de ordinario en una corriente, una dirección determinada, suponiendo que va del polo positivo al negativo en los electrodos, y de éste a aquél en el interior de la pila; pero esto no es más que un convenio, porque la recomposición se verifica con igualdad del polo positivo al negativo y vice-versa. En cualquier caso, no principia la corriente hasta el momento en que se ponen en comunicación los dos polos por un cuerpo conductor, lo cual se expresa diciendo que la corriente está cerrada. Todas las propiedades de la electricidad en el estado de tensión cesan entonces, pero aparecen otras nuevas que caracterizan las corrientes, y que describiremos al hablar de los efectos de las pilas.
Diversas modificaciones de la pila
641. Pila de artesa. -La pila de Volta ha experimentado diversas disposiciones. La que acabamos de describir (638) ofrece el inconveniente de que las rodajas de paño, comprimidas por el peso de los discos, exprimen el líquido que las empapa, y por eso no tardó en adoptarse la pila de artesa, que no es, por decirlo así, más que una pila de columna horizontal. Consta de una caja rectangular de madera, recubierta interiormente con una capa de mástic aislador (fig. 468): las placas de zinc y de cobre, soldadas entre sí de dos en dos, forman pares de tamaño igual a la sección interior de la caja y fijos en el mástic; de modo que quedan entre los pares intervalos poco considerables, que constituyen celdillas o compartimientos. Viértese en estas una mezcla de agua y ácido sulfúrico, que produce el mismo efecto que las rodajas de la pila de columna, y los dos polos comunican entre sí por medio de alambres sujetos a dos placas de cobre que se introducen en las dos últimas celdillas. La teoría de esta pila es completamente igual a la de la pila de columna.
642. Pila de Wollaston. -La pila de Wollaston o pila de bocales es otra modificación de la de Volta. Las placas de zinc y de cobre no están soldadas más que por sus bordes, o bien por una parte de éstos, terminando las placas de cobre por una lengüeta que se suelda con el zinc. Estas placas se hallan encorvadas de manera que se introducen verticalmente en bocales de vidrio llenos en parte de agua acidulada; pero el zinc y el cobre que entran en un mismo frasco pertenecen a pares diferentes (fig. 469). A partir de la derecha del dibujo, una laminita de cobre C se suelda con una gruesa placa Z de zinc, y ambas constituyen el primer par. Una segunda lámina de cobre a, de la misma anchura que el zinc, lo envuelve sin tocarlo, y va a reunirse con una lengüeta de cobre o, soldada con un segundo zinc Z y formando con él el segundo par. El zinc de éste se halla envuelto a su vez por una placa de cobre d, que va a soldarse con un tercer zinc, y así sucesivamente se reúnen todos los pares que se quieran. La figura a la cual nos referimos, representa una pila de 16 pares, reunidos paralelamente en dos series de a 8. El primer cobre C, soldado con un zinc, representa el polo negativo, y el positivo corresponde al último cobre m, el cual, por no estar en contacto con ningún zinc, se limita a quitar al líquido el fluido positivo que le da el último par. Fijos todos los pares en un travesaño de madera que puede subir o bajar según se desee entre cuatro pies, se levanta aquél cuando no se quiere que funcione más la pila. Comúnmente se carga el agua de los bocales con 1/16 de ácido sulfúrico y 1/20 de ácido azótico: este último origina una corriente más constante cediendo oxígeno al hidrógeno que produce la descomposición del agua y oponiéndose de esta suerte a un depósito dañoso sobre el cobre de los pares.
643. Pila de Munch. -M. Münch, profesor de física en Estrasburgo ha dado a la pila de Wollaston una disposición más sencilla, introduciendo todos los pares en una misma capacidad de madera interiormente masticada. La figura 470 representa una pila de veinte pares, y manifiesta de qué manera están reunidas verticalmente sus placas: las blancas con los zincs, y las otras con las de cobre. Esta pila produce: con un volumen reducido, efectos enérgicos, pero poco constantes.
En las diferentes pilas que acabamos de describir, se da a las placas de zinc más espesor que a las de cobre, porque el ácido sulfúrico sólo actúa sobre el primer metal.
644. Pilas secas. -Las pilas secas son verdaderas pilas de columna, en las cuales las rodajas aciduladas están sustituidas por una sustancia sólida higrométrica. Existen diferentes sistemas; pero en el de Zamboni, que es el más usado, los cuerpos electro-motores son el estaño o la plata y el bióxido de manganeso. Para construir esta pila, se toma un pliego de papel lateado o estañado por una de sus caras, y en la otra se fija por medio de un cuerpo graso, bióxido de manganeso bien lavado. Después de superponer siete u ocho pliegos de éstos, se cortan con un sacabocados, en discos de unos 25 milímetros de diámetro, los cuales se superponen en el mismo orden, de modo que la plata o el estaño de cada disco esté en contacto con el manganeso del siguiente. Apilados así de 1200 a 1800 pares, termina la pila en cada extremo por un disco de cobre, y se aprieta con fuerza todo el sistema con hilos de seda, a fin de que se establezca mejor el contacto entre los elementos de la pila. Entonces corresponde el polo positivo al disco de cobre en contacto con el manganeso, y al del otro extremo, es decir, al polo plata o estaño, el polo negativo.
Las pilas secas son notables por la duración de su acción, la cual puede prolongarse muchos años; pero su energía depende en gran parte de la temperatura y del estado higrométrico del aire: es mayor en verano que en invierno, y la acción de un fuerte calor puede reanimarla cuando parece que ya está agotada. Una pila de Zamboni, de 2000 pares, no da conmoción ni chispa, pero puede cargar la botella de Leyden y los demás condensadores; empero para esto se requiere cierto tiempo, porque la electricidad se mueve con mucha lentitud en su interior. Atribúyese generalmente el desarrollo de la electricidad en estas pilas a una acción química que depende de la descomposición de las materias orgánicas de las cuales se ha impregnado al papel.
645.Electrómetro de Bohnenberger. -Bohnenberger ha construido un electrómetro de pila seca, sumamente sensible. Es un electrómetro condensador (fig. 454), cuya varilla no lleva más que una sola lámina de oro suspendida a igual distancia de los polos contrarios de dos pilas secas, situadas verticalmente en el interior de la campana, sobre el platillo que sirve de base al aparato. Cuando el pan de oro posee electricidad libre, es atraído por una de las pilas y repelido por la otra, y su electricidad es evidentemente contraria a la del polo hacia el cual se dirige.
646. Aparatos de rotación. -Constrúyense, con el nombre de juegos de sortija, unos aparatitos de rotación continua, cuyo movimiento persiste durante muchos años (fig. 471). Dos columnas de cobre, a y b, sustentadas por un zócalo de madera, comunican por su base, la una con el polo positivo, y la otra con el negativo de una enérgica pila seca, situada horizontalmente debajo del zócalo. Esta pila se compone comúnmente de otras seis pilas más pequeñas, que comunican entre sí y forman un total de 1800 pares.
Sobre un eje c, situado a igual distancia de las dos columnas a y b, hay una chapa de marfil i, con la cual se enlazan cuatro travesaños que sostienen unas figuritas pintadas sobre un cartón muy ligero, y que terminan por pequeñas banderolas de oropel fijas por goma laca que las aísla: atraídas éstas primero por la electricidad de las esferas de las columnas, las tocan y se cargan de la misma electricidad que ellas; repelidas entonces, principian a girar, y las dos banderolas positivas, por ejemplo, rechazadas por la columna a, se encuentran atraídas por la b, a la cual van a tocar para ser de nuevo repelidas, y así sucesivamente, siguiéndose de aquí un movimiento continuo que se prolonga todo el tiempo que está funcionando la pila; es decir, durante muchos años.
Teoría química de la pila
647. Electricidad que originan las acciones químicas. -La teoría del contacto propuesta por Volta para explicar la producción de la electricidad en la pila, no tardó en ser combatida por muchos físicos. Habiendo observado Fabroni, compatriota de Volta, que en la pila los discos de zinc se oxidaban al contacto de las rodajas aciduladas, pensó que esta oxidación era la causa principal del desprendimiento de la electricidad. No tardó Wollaston en Inglaterra, en exponer la misma opinión, que Davy apoyó con ingeniosos experimentos.
Es evidente que en la experiencia anteriormente citada (636), Volta obtuvo signos sensibles de electricidad; pero si se coge el zinc con unas pinzas de madera, M. de la Rive ha demostrado que desaparecen todos los signos de electricidad, y que acontece lo propio si el zinc se sitúa en los gases, como son el hidrógeno y el ázoe, que no ejercen sobre el mismo ninguna acción. En vista de estos hechos, ha deducido M. de la Rive, que el desprendimiento de electricidad, en la experiencia de Volta, reconoce por causa las acciones químicas que originan la traspiración cutánea de la mano y del oxígeno del aire.
Se demuestra el desarrollo de la electricidad en las acciones químicas, de la siguiente manera, acudiendo al auxilio del electrómetro condensador: se sitúa sobre el platillo superior un disco de papel mojado, y encima de éste una cápsula de zinc, en la cual se vierte agua y ácido sulfúrico, sumergiendo después en el líquido una lámina de platino que comunique con el suelo, al mismo tiempo que se hace que comunique con el mismo el plato inferior, por medio del dedo humedecido. Cuando se interrumpen las comunicaciones y se levanta el plato superior, se echa de ver que los panes de oro han adquirido una cantidad sensible de electricidad positiva, lo cual manifiesta que el plato superior se ha electrizado negativamente, por la acción química del ácido sulfúrico sobre las paredes de la cápsula.
Pero el medio principal por el cual se ha comprobado que todas las acciones químicas se encuentran acompañadas de un desprendimiento de electricidad más o menos abundante, ha sido el empleo del galvanómetro; y con el auxilio de este mismo aparato, ha descubierto M. Becquerel las leyes siguientes sobre el desprendimiento de la electricidad en las acciones químicas.
1.� En la combinación del oxígeno con otro cuerpo, aquél adquiere la electricidad positiva, y el combustible la negativa.
2.� En la combinación de un ácido con una base, o en la de los cuerpos que actúan como tales, adquiere el primero la electricidad positiva, y la segunda la negativa.
3.� Cuando un ácido actúa químicamente sobre un metal, el ácido se electriza positivamente, lo cual es una consecuencia de la segunda ley.
4.� En las descomposiciones, los efectos eléctricos son inversos de los anteriores.
5.� En las dobles descomposiciones, el equilibrio de las fuerzas eléctricas no se perturba en lo más mínimo.
Respecto a la cantidad de electricidad que se desprende en las acciones químicas, es enorme, puesto que M. Becquerel ha llegado al siguiente resultado, que verdaderamente es notabilísimo, y que se formula exponiendo que la oxidación de una cantidad de hidrógeno, pudiendo procurar un miligramo de agua, desprende suficiente electricidad para cargar veinte mil veces una superficie metálica de un metro de superficie, a un grado tal, que las chispas que resultan de la descarga estallan a un centímetro de distancia. Estos mismos resultados los han obtenido los señores Faraday y Pelletier.
648. Teoría química de la pila. - Según esta teoría, que es la que generalmente se admite en la actualidad, toda la electricidad desprendida en las pilas ya descritas, reconoce por origen la acción del agua acidulada sobre el zinc, como es fácil comprenderlo según las leyes anteriormente expuestas (447). Sin embargo, importa observar que seguir la teoría del contacto (637), es la reunión de un zinc y de un cobre soldados juntos lo que constituye un par, siendo así que en la teoría química es el sistema de un zinc y de un cobre separados por el agua acidulada.
Sentado esto, consideremos en primer lugar el caso de un solo par zinc y cobre, sumergido en el agua acidulada con el ácido sulfúrico (fig. 472). Según la tercera ley de M. Becquerel, por la acción química que se origina entre el ácido, el agua y el zinc, este último se electriza negativamente y el agua acidulada positivamente. Respecto al cobre, como es inactivo, es decir, como no le ataca el ácido sulfúrico a la temperatura ordinaria, no hace otra cosa que robar al líquido su electricidad, de suerte que se encuentra electrizado positivamente. Por lo tanto si se reúnen los dos metales por un alambre, se tendrá una corriente que se dirige al líquido, del zinc al cobre, y por el contrario el cobre al zinc exteriormente. En vista de esto, es evidente que el polo positivo corresponde al metal inactivo, y el polo negativo al metal activo, es decir, al metal atacado por el ácido. Este principio es general y se aplica no solamente a todas las pilas ya vistas, sino también a las que aún hemos de describir.
En la teoría química de la pila, de la cual somos deudores a M. de la Rive, se nota que es importante que uno de los metales que componen el par voltaico, sea el único atacado por el agua acidulada, o cuando menos que el segundo sea mucho menos activo que el primero, pues de no ser así, se originan dos efectos de dirección contraria que tienden a anularse. Por esta razón se reemplaza ventajosamente en el par voltaico el cobre por el platino y aun también por el carbón calcinado.
649.Teoría de la pila de muchos pares. -En el caso de un solo par, tal como acabarnos de considerarlo anteriormente (fig. 472), al momento que las dos electricidades se separan por la acción química, una sobre el zinc y la otra sobre, el líquido, la mayor parte se recombina en el mismo par al través del líquido, de manera que sólo una débil porción de las electricidades desarrolladas por la acción química, es la que circula en el alambre conjuntivo; y la cantidad de electricidad que pasa de esta manera por dicho alambre es tanto más débil cuanto menor es la resistencia que encuentran para reunirse en el interior del par. Por el contrario si esta resistencia aumenta, la cantidad de electricidad que va de un polo al otro por el alambre conjuntivo, crece igualmente. Éste es el resultado que se obtiene multiplicando el número de pares.
En efecto, sea, por ejemplo, una pila de artesa AB (fig. 473), formada de pares de zinc y cobre, y cuyas artesas contengan ácido sulfúrico diluido en agua: el ácido de cada compartimiento ataca al zinc, pero no ejerce acción alguna sobre el cobre; en este caso surge en toda la pila un desprendimiento de electricidad positiva hacia el líquido, y de electricidad negativa sobre el zinc de cada par (447, 3.�).
Por consiguiente, en la artesa b, en la cual el líquido se encuentra al mismo tiempo en contacto con un zinc y con un cobre, la electricidad positiva del líquido se recompone constantemente con la electricidad contraria del par cz, y de igual manera, en la artesa d el fluido positivo del líquido se combina con el fluido negativo del par c�z�, y así sucesivamente en toda la pila; de suerte que sólo existen las electricidades de las artesas extremas a y h, que no pudiendo unirse a las de las artesas circunvecinas, permanecen libres. Fácilmente se ve que en este caso la artesa a es la que se electriza positivamente por la acción de su ácido sobre el zinc z, y la artesa h negativamente, por la electricidad que le comunica el par c��z��.
En este supuesto, habiendo encontrado M. de La Rive que la conductibilidad de una masa líquida interrumpida por diafragmas metálicos, se halla en razón inversa de su número, se deduce de este hecho que cuanto más considerable es el número de pares interpolares, mayor es la resistencia que encuentran las electricidades contrarias acumuladas en los poros, más enérgica la tensión, y más abundante la electricidad que recorre, el alambre conjuntivo. También se deduce de aquí, que en los pares interpolares decrece la tensión de los polos hacia el centro de la pila, puesto que disminuyendo el intervalo de los pares, es menor la resistencia a la recomposición. Por igual causa es nula la tensión en la parte central.
Puesto que aumenta la resistencia a la recomposición de las electricidades contrarias acumuladas en los polos cuando el líquido interpolar es menos conductor, debe acontecer lo misino respecto a la tensión. En efecto, M. de La Rive ha notado que llenas de agua acidulada, o de agua común, las artesas de la pila, es una misma la tensión en ésta. En el primer caso, la producción de la electricidad es más abundante, pero los fluidos contrarios se recomponen con mayor facilidad.
Finalmente, según la teoría que antecede, la tensión aumenta con el número de pares, pero como las electricidades contrarias de los pares intermediarios forman constantemente el fluido neutro, de este hecho resulta, que cuando se reúnen los dos polos por un circuito metálico, éste en realidad no se halla cruzado más que por la electricidad desarrollada por un solo par; pero como es menor la pérdida de electricidad en el par, se recoge mayor cantidad de ella en el alambre conjuntivo.
650. Disminución de la corriente en las pilas, corrientes secundarias, polaridad. -Las diversas pilas, así de columnas como de artesas, de Wollaston y de Münch, que ya hemos descrito, y cuyo principal carácter es el de constar de dos metales y de un solo líquido, presentan el grave inconveniente de procurar corrientes cuya intensidad disminuye con rapidez.
Dos son las causas que originan esta disminución: la primera es la pérdida de intensidad de las acciones químicas, originada por la neutralización del ácido sulfúrico, a medida que se combina con el zinc; la segunda reconoce por origen, las corrientes secundarias. Así se denominan las corrientes que surgen en las pilas, en sentido contrario de la corriente principal, y que la destruyen total o parcialmente. M. Becquerel ha evidenciado que son originadas dichas corrientes, por los depósitos que se forman sobre las láminas de zinc y de cobre de los pares. En efecto, la corriente que se dirige del zinc al cobre, en la pila, descomponiendo el agua y el sulfato de zinc que en ella se ha formado, depone sobre el cobre, hacia el cual marcha la corriente, zinc, óxido del mismo, y hasta una capa de gas hidrógeno, mientras que hacia el zinc se dirigen el ácido y el oxígeno, originados por la descomposición de la sal y del agua. Y puesto que las sustancias así depuestas reaccionan en seguida unas sobre otras, de aquí resulta una corriente en sentido contrario al de la pila, neutralizándola más o menos. La corriente secundaria así desarrollada es tanto más intensa, cuanto mayor sea el tiempo durante el cual se haya prolongado la acción de la corriente principal.
Sobre el metal inactivo, que es el que representa el polo negativo, en el interior del par, es en el que se forman principalmente los depósitos; y los que tienden a constituirse sobre el metal activo, se disuelven en virtud de la acción química que en ellos se origina. Si se interrumpe el circuito, se disuelven los depósitos y aumenta la intensidad de la corriente. Este mismo resultado se consigue haciendo pasar la corriente de otra pila en sentido contrario al de la primera, puesto que entonces los depósitos formados se disuelven por los depósitos opuestos.
M. de La Rive ha sido el primero en evidenciar que las láminas de platino que se han empleado en transmitir la corriente en un líquido descomponible, al sacarse de éste y al sumergirse en agua destilada, originan una corriente en sentido inverso al que en un principio trasmitieron, fenómeno que el sabio físico de Génova ha formulado diciendo, que están las láminas polarizadas. Los señores Becquerel y Faraday han demostrado que esta polaridad de los metales es un efecto de los depósitos originados por las corrientes secundarias que nos han ocupado.
Las láminas de platino que han servido para la descomposición del agua pura, adquieren igualmente la polaridad eléctrica, sin que pueda atribuirse al efecto de un ácido o de una base; pero M. Matteucci ha evidenciado que proviene entonces de una capa de oxígeno y de hidrógeno, depuesta respectivamente sobre cada lámina.
Pilas tabicadas de dos líquidos
651. Objeto de las pilas de dos líquidos. -A causa de la rapidez con que pierden su energía las pilas de un solo líquido, se usan muy poco en la actualidad, y se sustituyen generalmente por las de dos líquidos, que se denominan pilas de corriente constante, porque sus efectos conservan por largo tiempo una intensidad sensiblemente uniforme. Sus formas se han variado repetidas veces, pero las más usadas son la pila de Daniell, la de Grove y la de Bunsen.
En estas pilas se corrigen los inconvenientes de las de un solo líquido, por medio de dos, susceptibles de reaccionar uno sobre otro, y separados por un diafragma que deja pasar con facilidad la corriente, pero que no permite que los líquidos se mezclen, por lo menos con rapidez; y además se introducen los dos elementos de un mismo par, uno en un líquido, y el segundo en el otro. La construcción de esta pila debe satisfacer las siguientes condiciones: 1.� que no origine ningún depósito perjudicial sobre el metal inactivo; 2.� que conserve constantemente al ácido el mismo grado de concentración.
652. Pila de Daniell. -M. Becquerel fue el primero que construyó en 1829, una pila de corriente constante: algunos años después, en 1836, el químico inglés Daniell, construyó la pila que conserva su nombre y que con la de carbón, son las que más se utilizan actualmente. La fig. 474 representa un par o un elemento de esta pila, cuya forma ha variado muchísimo. Un vaso V de vidrio está lleno de una disolución saturada de sulfato de protóxido de cobre, en la cual se introduce un cilindro de cobre C con muchos orificios laterales y abierto por los dos extremos. En la parte superior de este cilindro existe un reborde anular G, con agujeritos en su contorno inferior que penetran en la disolución. Sirve este espacio o esta cavidad para contener cristales de sulfato de protóxido de cobre, que se disuelven a medida que funciona el aparato. Finalmente, en el interior del cilindro C hay una vasija porosa o un diafragma P, de bizcocho de porcelana, llena de agua acidulada con ácido sulfúrico, o de una disolución de sal marina, en la cual se introduce un cilindro de zinc Z, abierto por las dos extremidades y amalgamado. En los cilindros zinc y cobre están sujetas, por medio de tornillos de presión, dos láminas delgadas de cobre p y n, que forman los electrodos de la pila.
Mientras no comunican entre sí los dos electrodos, está la pila inactiva; pero apenas se establece la comunicación, principia la acción química: el agua se descompone y el ácido sulfúrico ataca al zinc que se electriza negativamente, mientras que el agua acidulada lo efectúa positivamente (647). De ésta pasa el fluido positivo, cruzando el diafragma, a la disolución de sulfato, y finalmente al cobre C, que viene a ser así el polo positivo. Respecto al hidrógeno que origina la descomposición del agua, es arrastrado en el sentido de la corriente interior, y pasa a la disolución de sulfato de cobre, cuyo óxido reduce y revifica el cobre, que va a formar un depósito sin adherencia sobre el cilindro C. Por consiguiente, la superficie de éste permanece siempre idénticamente la misma, y por último el óxido de zinc que puede engendrar la descomposición del sulfato de zinc por la corriente secundaria, no pasa al través del vaso poroso y permanece en la misma disolución en la cual está sumergido el zinc.
Durante este trabajo químico, la disolución del sulfato de cobre tiende a empobrecerse con rapidez; pero los cristales situados en la galería G, disolviéndose progresivamente, son causa de que permanezca constante el grado de la concentración. En cuanto al ácido sulfúrico que ha quedado libre por la descomposición del sulfato de cobre, se dirige con el oxígeno del agua hacia el zinc, para trasformarlo en sulfato; y como es regular, la cantidad de ácido sulfúrico que queda libre en la disolución de cobre, la acción de este ácido sobre el zinc lo es también, de lo cual resulta una corriente constante.
Con esta pila se obtienen efectos constantes durante muchas horas, y aun en el trascurso de muchos días, si se procura conservar la disolución bien saturada y añadir de cuando en cuando cristales de sulfato de protóxido de cobre. Para reunir muchos elementos, se unen, por medio de tornillos de presión, el polo zinc de un par con el polo cobre del siguiente, y así en los demás pares, conforme lo indica la fig. 478, aunque para otra especie de pila. En cuanto a la naturaleza de los polos, el electrodo fijo en el zinc es negativo, y el del cobre positivo, como en las pilas ya descritas.
En vez de un vaso poroso de tierra, sirve también de diafragma de separación de las dos disoluciones, la lona o los intestinos de buey. El efecto es en un principio más poderoso que con la porcelana; pero luego se debilita por mezclarse más rápidamente las dos disoluciones. En general, deben ser permeables a la corriente los diafragmas, para prevenir en cuanto sea posible la mezcla de ambos líquidos.
653. Pila de Grove. -La fig. 475 representa un par de la pila de Grove, compuesto: 1.� de una vasija de vidrio A, llena en parte de agua acidulada con ácido sulfúrico; 2.� de un cilindro de zinc Z abierto por los dos extremos y hendido en toda su longitud; 3.� de un vaso poroso V, de bizcocho de porcelana, y lleno de ácido nítrico común, y 4.� de una lámina de platino P encorvada en S (fig. 476), y fija en una tapa c que se coloca sobre el vaso poroso. Una varilla metálica b, que comunica con la lámina de platino, lleva un alambre de cobre que sirve de electrodo positivo, mientras que otro alambre, fijo en el zinc, sirve de electrodo negativo.
Se usa poco esta pila a causa del precio del platino; pero este metal ofrece además el inconveniente de volverse quebradizo y de romperse al menor esfuerzo, cuando ha funcionado cierto tiempo la pila; sin embargo, M. Adam, profesor de física en Niza, ha observado que calentando al rojo las láminas de platino de la pila de Grove, vuelven a recobrar su electricidad.
654. Pila de Bunsen. -La pila de Bunsen, conocida igualmente con el nombre de pila de carbón, se inventó en el año de 1843; no es más que la de Grove, con la lámina de platino sustituida por un cilindro de carbón, preparado calcinando en un molde de palastro una mezcla íntima de coke y de hulla grasa, bien pulverizada y reunida por medio de una fuerte presión.
Cada elemento de la pila de carbón se compone de cuatro piezas de forma cilíndrica que pueden colocarse con facilidad unas dentro de otras. Estas piezas son: 1.� un frasco F (fig. 477) vidriado o de vidrio, lleno de una disolución de 10 a 12 partes de agua por una de ácido sulfúrico; 2.� un cilindro hueco Z, de zinc amalgamado, en el cual se encuentra fija una lámina delgada y estrecha de cobre que sirve de electrodo negativo; 3.� un vaso poroso V, de bizcocho de porcelana, en el cual se pone ácido azótico común; y 4.� un cilindro C de carbón, preparado como hemos dicho antes, y buen conductor. En la parte superior del carbón existe un anillo de cobre que tiene una lámina del mismo metal, o sea el electrodo positivo. El mejor sistema que puede emplearse para fijar dicha lámina es el de soldarla al tronco de un cono que se introduce en el carbón según indica la fig. 478. Cuando se desea que funcione el aparato, se dispone cual se ve en la figura P (fig. 477), colocando el cilindro de zinc en la vasija de vidriado, y luego en este el vaso poroso y el carbón.
Mientras no se comunican el zinc y el carbón, está inactiva la pila; pero al instante que se establece la comunicación por un circuito conductor, principia la acción química. El agua en la cual se sumerge el zinc, descompuesta por este metal y por el ácido sulfúrico, formando sulfato de zinc, que se electriza negativamente y que se trasforma en el polo negativo del par. El agua acidulada por el contrario, electrizándose positivamente, el fluido positivo pasa, cruzando el vaso poroso, al ácido azótico y de éste al carbón que viene a ser así el polo positivo. Respecto al hidrógeno que origina la descomposición del agua, no se depone sobre el carbón, pero descompone el ácido azótico y lo trasforma en ácido hipo-azótico, absorbiendo una parte de su oxígeno para formar el agua. Finalmente, el óxido de zinc queda en el líquido en el cual se encuentra sumergido el cilindro de zinc, y no pasa al través del vaso poroso hasta el carbón, por lo que conserva éste siempre una superficie perfectamente limpia, circunstancia que contribuye esencialmente a la conservación constante de la energía de la pila.
Para formar un aparato compuesto, o sea una pila, se disponen los elementos como indica la figura 478: a cada zinc se suelda una lámina de cobre terminada por un cono del mismo metal, que se encaja sólidamente en el carbón del elemento siguiente; por último, el primer y el último elemento terminan por dos electrodos P y N. En sus últimas investigaciones, M. Despretz ha extendido hasta 800 el número de los elementos.
La pila de Bunsen es la más enérgica de las de corriente constante, y la que más se usa hoy día. Sin embargo, la corriente se debilita con bastante rapidez a medida que el ácido sulfúrico se combina con el zinc. Esta pila tiene además el inconveniente de esparcir vapores nitrosos, muy incómodos cuando son algo numerosos los pares.
Para variar las superficies según los efectos que hay que producir, construyó M. Deleuil pares de Bunsen de dos tamaños, que distinguiremos con las denominaciones de grandes y de pequeños modelos. En los primeros, el cilindro zinc tiene 22 centímetros de altura, y en los últimos, 14. M. Deleuil admite que, para los efectos que dependen de la superficie, un par del grande modelo equivale a unos dos pares del pequeño. En adelante, cuando hablemos de un número de pares sin indicación de modelo, nos referiremos al pequeño.
655. Manipulación de la pila de Bunsen. -Es esta larga, penosa, y requiere sumo cuidado si quiere obtenerse de la pila todo su efecto. Respecto a este particular, M. Duboscq, cuya competencia es por todos reconocida, formula las siguientes prevenciones.
Desde un principio debe efectuarse la mezcla del agua y del ácido sulfúrico en un solo vaso a fin de obtener el mismo grado de saturación para todos los pares. Después de haber vertido el agua en un cubo de madera, se añade un décimo en volumen de ácido sulfúrico común, de suerte que marque la disolución 10 a 11 grados en el pesa-ácidos de Beaumé. Si no se tiene a mano este instrumento, se conoce que el agua está bastante acidulada cuando se entibia, y cuando no puede la lengua sufrir el contacto de una gota.
En cuanto a los elementos, deben colocarse unos tras otros sobre una mesa o tablero bien seco, cuidando de que no se toquen entre sí por ninguna de sus piezas que no sean las láminas o los conos de cobre que unen el zinc cada elemento al carbón del elemento que sigue; en seguida se vierte con un embudo el ácido nítrico en los vasos porosos hasta que llegue su nivel a dos centímetros de los bordes, llenándose a continuación de igual manera los vasos exteriores con agua acidulada hasta un centímetro de sus bordes, con lo cual se establece aproximadamente la igualdad de nivel en los dos líquidos, condición esencial para la constancia de la pila. Desde que se ha arrojado el ácido nítrico en los vasos porosos, debe introducirse el agua acidulada, a fin de que no tenga tiempo suficiente el ácido nítrico para cruzar dichos vasos, atacando de esta suerte los zincs.
Puesto que el establecimiento adecuado del contacto es indispensable para que funcione perfectamente una pila, se tiene cuidado de limpiar muy bien, frotándolos con papel de vidrio, los troncos de cono que se ajustan en los carbones, atendiendo a que penetran en éstos con fuerza.
El ácido nítrico, si es nuevo, debe marcar 40 grados en el pesa-ácidos, y puede servir hasta que marque 26, en cuyo caso se le añade 1/50 de su volumen de ácido sulfúrico, pero después de esta adición sólo puede emplearse una vez. El agua acidulada se emplea generalmente dos veces, a menos que no principie a cristalizarse el sulfato de zinc que se haya formado.
Lo que debe observarse principalmente para conservar la pila en buen estado es la amalgamación de los zincs (656). Se conoce que hay necesidad de amalgamar un zinc, cuando se advierte un silbido en el agua acidulada, sin que se encuentre la pila en actividad. Si es atacado enérgicamente, se nota que humea el agua y que llega hasta hervir; en este caso debe retirarse inmediatamente el zinc, porque de no efectuarlo son suficientes algunas horas para agujerearlo.
Para amalgamar los zincs, se mojan durante algunos segundos en el agua acidulada (que ha de ser igual a la que contiene la pila) para limpiarlos; después se sitúan uno a uno en un vaso de barro que contenga un poco de agua acidulada (doble dosis que la primera), y dos kilogramos aproximadamente de mercurio, que se extienden sobre el zinc con el auxilio de un rascador o de un cepillo de hierro. Cuando se han amalgamado los zincs, se sumergen en un cubo de agua limpia, en cuyo fondo se deposita el exceso de mercurio al terminarse la operación.
656. Propiedad del zinc amalgamado. -M. de La Rive ha observado que el zinc perfectamente puro no es atacable por el ácido sulfúrico diluido en agua, pero que lo es cuando se le pone en contacto con una lámina de platino o de cobre introducida en la disolución. El zinc común, que no es puro, es por el contrario, vivamente atacado por el ácido diluido, pero amalgamado adquiere la propiedad del puro, y no es atacado sino cuando se halla en contacto con un alambre de cobre o de platino introducido también en la disolución, es decir, mientras forma parte de un par en actividad.
Esta propiedad depende, al parecer, del estado eléctrico que acepta el zinc por su contacto con el mercurio, y se ha aplicado a las pilas eléctricas de M. Kemp, que ha sido el primero en imaginar la amalgama de los zincs de cada par. De esta operación resulta que mientras no esté cerrado el circuito, es decir, que mientras no existe corriente no es atacado el zinc. Se ha observado, además, que con el zinc amalgamado, la corriente es más regular, al propio tiempo que más intensa, respecto a una misma cantidad disuelta de metal.
657. Diversas combinaciones de los pares de una pila. -Cuando se reúnen muchos pares de Bunsen o de Daniell para formar una pila galvánica, como indica la figura 478, se pueden combinar estos pares de diferentes modos. Por ejemplo, en el caso en que solo haya seis pares, pueden formarse las cuatro combinaciones siguientes: 1.� una sola serie longitudinal (fig. 479), en la que C representa el electrodo positivo, y Z el negativo; 2.� en dos series paralelas de tres pares cada una (fig. 481), cuyos electrodos del mismo nombre van a concurrir todos también en uno solo, y 4.�, por último, en seis series de un solo par cada una (fig. 482), cuyas corrientes todas se reúnen en C y en Z. Con doce pares podrían realizarse ocho combinaciones diferentes, y así sucesivamente a medida que aumenta el número de pares. Las combinaciones en series longitudinales (fig. 479) y las de dos o tres series paralelas (fig. 480 y 481) son las que con más frecuencia se usan.
En estas diversas combinaciones, disminuir la longitud de las series para aumentar su numero en una razón inversa, equivale a disminuir el número de los pares y aumentar su superficie, lo cual conduce para un mismo número de pares, a efectos muy diferentes, conforme se verá al hablar de los efectos de la pila (658).
En las diversas combinaciones citadas, la resistencia que presenta la pila a la corriente decrece a medida que aumenta el número de las series paralelas. En efecto, si se representa por 1 la resistencia de un solo par, la de la primera combinación (fig. 479) es 6; en la segunda (fig. 480), es tres para cada serie, y por lo mismo 3/2=1,5 para las dos series reunidas, pues en igualdad de resistencia se dobla la corriente; de igual manera, en la tercera combinación (fig. 481), la resistencia para cada serie es 2, y para las tres reunidas 2/3=0,666; y por fin, en la cuarta (fig. 482) es 1/6=0,166. Del mismo modo se calcularía la resistencia de un número cualquiera de pares dispuestos en series paralelas. Por ejemplo, 24 pares en 3 series paralelas de 8 dan la resistencia 8/3=2,666. Como el cálculo demuestra que se obtiene el máximum de efecto de una pila cuando en ésta la resistencia ese igual a la que ofrece el circuito que ha de recorrer la corriente de uno a otro electrodo, deberá elegirse, entre las combinaciones posibles, aquélla cuya resistencia se acerque más a la del circuito dado.
Capítulo II
Efectos de la pila; galvanoplastia, dorado y plateado
658. Diversos efectos de la pila. -Los efectos de la electricidad dinámica se dividen en fisiológicos, físicos y químicos. Difieren de los de la estática en que estos últimos provienen de una recomposición instantánea de las dos electricidades según una tensión enérgica, mientras que los últimos resultan de la recomposición lenta y según una tensión mucho más débil de los mismos fluidos, cuando los dos polos de la pila están reunidos por un circuito más o menos conductor. Por la continuidad de la fuerza que los produce, los efectos de las corrientes son mucho más notables que los de las maquinas eléctricas.
Los efectos físicos, que se dividen en caloríficos y luminosos, dependen, sobre todo, de la cantidad de electricidad puesta en movimiento en la pila, y de consiguiente, de la superficie de los pares. Los efectos químicos, al contrario, lo mismo que los fisiológicos, dependen de la tensión, y por lo tanto, del número de los pares. Todos estos efectos aumentan con la acción química del líquido de la pila.
659. Efectos fisiológicos. -Desígnanse con este nombre los efectos que produce la pila sobre los animales muertos o vivos. Se ha visto que éstos fueron los primeros que se observaron, supuesto que a ellos se debe el descubrimiento de la electricidad dinámica por Galvani (635). Consisten en conmociones y en contracciones musculares muy enérgicas cuando son poderosas las pilas.
Cogiendo con las dos manos los electrodos de una fuerte pila, se siente una violenta conmoción semejante a la que origina la botella de Leyden, sobre todo si las manos están mojadas con agua acidulada o salada, que aumenta la conductibilidad. La conmoción es tanto más intensa, cuanto mayor es el número de pares. Con una pila de Bunsen de 50 a 60 pares es fuerte la conmoción, y con una de 150 a 200, insufrible, y aun peligrosa si se prolonga. Déjase sentir con menor intensidad hacia la parte anterior de los brazos que la de la botella de Leyden, y, trasmitida por una cadena de muchas personas, generalmente sólo la sienten las más próximas a los polos.
La conmoción de la pila, lo mismo que la de la botella de Leyden, depende de la recomposición de las electricidades contrarias, pero con la diferencia de que la descarga de la segunda es instantánea, como la conmoción, mientras que, cargándose la primera luego de descargada, se suceden con rapidez las sacudidas. El efecto de la corriente voltaica sobre los animales varía con su dirección, pues, según los experimentos de M. Lehot y de M. Marianini, cuando la corriente se propaga siguiendo las ramificaciones de los nervios, produce una contracción muscular en el momento en que principia, y otra al concluir; pero si se propaga en sentido contrario a las mismas, origina una sensación mientras subsiste, y una contracción, al interrumpirse. Con todo, esta diferencia de efectos no se nota más que con las corrientes débiles, pues con las intensas tienen lugar las contracciones y los dolores al establecerse y al interceptarse la corriente, sea cual fuere su dirección.
Las contracciones cesan luego que se ha establecido invariablemente la corriente entre el nervio y el músculo, lo cual tiende a demostrar que se ha producido una modificación instantánea que subsiste lo que dura la corriente. En efecto, manifiéstanse de nuevo las conmociones, si cambia ésta de dirección, o si la sustituye otra más enérgica.
Por medio de la corriente recobraron la vida varios conejos asfixiados media hora antes; y una cabeza de ajusticiado experimentó tan horribles contracciones, que huyeron despavoridos todos los espectadores. El tronco, sometido a la misma acción, se levantaba en parte; se agitaban las manos chocando los objetos cercanos, y los músculos pectorales imitaban el movimiento respiratorio. En fin, todos los actos de la vida se reproducían de un modo imperfecto, pero cesaban instantáneamente al terminar la corriente.
660. Efectos caloríficos. -Una corriente voltaica que atraviesa un alambre metálico produce los mismos efectos que la descarga de una batería (630): caliéntase el alambre, se vuelve incandescente, se funde o se volatiliza, según sea más o menos largo y de mayor o menor diámetro. Con una pila poderosa, todos los metales se funden, hasta el iridio y el platino, que resisten al fuego de forja más intenso. El carbón es el único cuerpo que por ahora no ha podido fundirse por la pila; si bien M. Despretz, con una compuesta de 600 elementos de Bunsen, reunidos en series paralelas (657), dio a barritas de carbón muy puro una temperatura tal, que se encorvaron, reblandecieron, y hasta pudieron soldarse entre sí, todo lo cual indica un principio de fusión.
En los mismos experimentos trasformó dicho físico el diamante en grafito, y obtuvo, por medio de una acción algo prolongada, globulitos de carbón fundido. Consiguió fundir en algunos minutos 250 gramos de platino; y trabajando tan sólo sobre unos pocos gramos, los volatilizó parcialmente.
Basta una pila de 30 a 40 elementos de Bunsen para fundir y volatilizar con rapidez alambres finos de plomo, de estaño, de zinc, de cobre, de oro, de plata, de hierro y hasta de platino, con vivas chispas diversamente coloreadas. El hierro y el platino arden con una luz de un blanco brillante; el plomo la da purpurina; blanca azulada el estaño y el oro; entre blanca y roja el zinc, y por fin, verde el cobre y la plata.
Haciendo pasar la corriente por alambres metálicos del mismo diámetro y de igual longitud, pero de diferente sustancia, comprobó Children que los de menor conductibilidad eléctrica son los que más se calientan; de lo cual dedujo que los efectos caloríficos de la pila dependen de la resistencia que encuentra la corriente para atravesar al conductor que reúne los polos.
Se ha observado ya (658) que los efectos caloríficos dependen más de la cantidad del fluido eléctrico que circula en la corriente, que de la tensión, o en otros términos, más de la superficie de los pares, que de su número. Consíguese, efectivamente, fundir un alambre fino en hierro con un solo par de Wollaston, cuyo zinc tenga 20 centímetros sobre 15.
Colocando en la corriente un alambre metálico aislado en un tubo de vidrio lleno de agua, que haga el oficio de calorímetro, encontró M. Ed. Becquerel que el desarrollo de calor por el paso de la electricidad al través de los cuerpos sólidos, ofrece las leyes siguientes:
1.� La cantidad de calor desarrollada está en razón directa del cuadrado de la cantidad de electricidad que pasa en un tiempo dado;
2.� Esta cantidad de color se halla en razón directa de la resistencia del alambre al paso de la electricidad;
3.� Sea cual fuere la longitud del alambre, con tal que sea constante su diámetro y que pase la misma cantidad de electricidad, la elevación de temperatura es igual en toda la extensión del alambre;
4.� Para una misma cantidad de electricidad, la elevación de temperatura en diferentes puntos del alambre está en razón inversa de la cuarta potencia del diámetro.
Los efectos caloríficos de las corrientes son más difíciles de observar en los líquidos, por poseer estos cuerpos mayor calórico específico que los sólidos, y por absorber los gases que se producen una gran cantidad de calórico latente. Por ejemplo, en la descomposición del agua se reconoce que la elevación de temperatura es menor en el polo negativo, en donde el volumen de hidrógeno que se desprende es duplo del de oxígeno que se recoge en el positivo, según veremos en breve (666).
661. Efectos luminosos. -La pila eléctrica es, después del sol, el manantial de luz más intenso que se conoce. Sus efectos luminosos se manifiestan por medio de chispas o por la incandescencia de las sustancias que reúnen los dos polos.
Para obtener chispas, cuando es bastante poderosa la pila, se acercan los dos electrodos, dejando entre ellos un pequeño intervalo, y entonces se ve que surgen vivas chispas que pueden sucederse con bastante rapidez para producir una luz continua. Con ocho o diez pares de Bansen se obtienen brillantes penachos luminosos, haciendo comunicar uno de los electrodos con una escofina, y paseando el otro sobre los dientes de la misma.
Por la incandescencia de los conductores que atraviesan, ofrecen también las corrientes singulares efectos luminosos. Un alambre de hierro o de platino, que reúne los dos polos de una fuerte pila, y que es bastante grueso para no fundirse, se vuelve incandescente y desprende un vivísimo brillo mientras se halla en actividad la pila, y que a su vez está arrollado en espiral el alambre, aumenta el efecto luminoso.
Pero, sobre todo, haciendo comunicar los electrodos con dos conos de carbón de coke, bien calcinados (fig. 483), se obtiene un hermosísimo efecto de luz eléctrica. El carbón b está fijo, mientras el a puede subir o bajar más o menos, por medio de una barra dentada y de un piñón que la mano hace girar mediante un botón c. Puestos primero en contacto los dos carbones, se hace pasar la corriente y al instante el punto de contacto adquiere un brillo deslumbrador, que se extiende poco a poco a cierta distancia de las puntas de carbón. Entonces se puede levantar el superior sin que se interrumpa la corriente, pues recomponiéndose las dos electricidades en el intervalo que separa los carbones, se halla ocupado este espacio por un arco luminoso sumamente brillante, denominado arco voltaico.
La longitud de este arco varía con la fuerza de la corriente, pudiendo llegar a unos 7 centímetros, con una pila de 600 pares dispuestos en seis series paralelas, de 100 cada una, cuando el carbón positivo está arriba; pues si se encuentra abajo, entonces es unos dos centímetros más corto. En el vacío la distancia entre los dos carbones puede ser mucho mayor que en el aire; en efecto no encontrando la electricidad resistencia, se proyecta de los dos carbones antes de que se hayan puesto en contacto. También puede producirse en los líquidos el arco voltaico; pero en tal caso es menos largo y de menor brillo.
El arco voltaico goza de la propiedad, cuando se le presenta un poderoso imán, de ser dirigido por éste, lo cual es una consecuencia de la acción de los imanes sobre las corrientes (680).
Algunos físicos han considerado al arco voltaico como formado por una sucesión muy rápida de brillantes chispas; más, por lo general, se admite que depende de la corriente eléctrica, la cual va del polo positivo al negativo por medio de moléculas incandescentes, que son volatilizadas y trasportadas en el sentido de la corriente, es decir, del polo positivo al negativo. En efecto, cuanto más fácilmente desagrega la corriente los electrodos, tanto más se los puede separar sin interrumpirla. El carbón, que es una sustancia muy deleznable, es también el cuerpo que da un arco luminoso más largo.
Davy fue el primero que en Londres efectuó, en 1801, el experimento de la luz eléctrica por medio de dos conos de carbón y de una pila de artesa de 2000 pares, cuyas placas tenían cerca de 11 centímetros de lado. Servíase aquel físico de carbón de madera ligera, apagado de antemano en el estado incandescente en un baño de mercurio, el cual, penetrando en los poros del carbón, aumentaba su conductibilidad. Como el carbón de madera arde con mucha vivacidad en el aire, le era preciso operar en el vacío, y así se estuvo practicando durante largo tiempo, para lo cual se situaban los dos conos de carbón en un huevo eléctrico de llave (fig. 456). Hoy, que sólo se usa en esta clase de experimentos el carbón de coke, que proviene de los residuos de las retortas de la fabricación del gas del alumbrado, se evita la operación del vacío, porque dicho carbón es duro, compacto, y puede cortarse en barritas que arden muy lentamente en el aire. Cuando el experimento se efectúa en el vacío, no media combustión, pero continúan gastándose los carbones, lo cual demuestra que hay volatilización y trasporte del carbón del polo positivo al negativo.
662. Experimento de M. Foucault. -Débese a M. Foucault un bonito experimento, que consiste en proyectar la imagen de los conos de carbón (fig. 483) sobre una placa, en la cámara oscura, por medio de lentes, en el momento en que se produce la luz eléctrica (fig. 484). Este experimento, que se hace por medio del microscopio foto-eléctrico, descrito ya (fig. 358), permite distinguir muy bien los dos carbones incandescentes, viéndose que el carbón positivo se ahueca y disminuye, mientras que el otro aumenta. Los glóbulos representados sobre los dos carbones provienen de la fusión de una corta cantidad de sílice contenida en el coke de que se forman los carbones. Cuando principia a pasar la corriente, el carbón negativo es el primero que se vuelve luminoso, pero el positivo es el de brillo más intenso; por eso se gasta más pronto, y ha de ser también un poco más grueso.
663. Regulador de la luz eléctrica. -Cuando se quiere aplicar la luz eléctrica al alumbrado, conviene que conserve la continuidad de brillo que ofrecen los demás sistemas de alumbrado. No basta que la corriente de la pila sea constante, sino que además es preciso que el intervalo de los carbones permanezca sensiblemente invariable, lo cual exige que puedan acercarse a medida que se gastan. Muchos aparatos se han propuesto para conseguirlo, siendo deudores del que vamos a describir a M. Duboscq.
En este regulador los dos carbones son movibles, pero con velocidades desiguales, sensiblemente proporcionales a su gasto, trasmitiéndoles el movimiento un barrilete situado en el eje xy (fig. 485), el cual hace girar en el sentido de las flechas, dos ruedas a y b, cuyos diámetros guardan entre sí la relación de 1 es a 2, y que trasmiten su movimiento a dos cremalleras C y C�. La primera origina el descenso del carbón positivo p, por medio de un vástago que resbala en la manga o cubo H, mientras que el segundo hace subir con una velocidad dos veces menor, el carbón negativo n. El botón y sirve para dar cuerda al barrilete, y al mismo tiempo para hacer que marche a mano el carbón positivo; el botón x pone a la par en movimiento el carbón negativo, también a la mano, e independientemente del primero. A este efecto, el eje de los dos botones x e y consta de dos partes, unidas únicamente una a otra por un rozamiento algo intenso: merced a esta disposición, al apretar entre los dedos el botón x, puede hacerse girar aisladamente el botón y, y por el contrario, al retener éste, conseguir que gire el otro. Cuando actúa el barrilete, el rozamiento es bastante intenso para arrastrar las dos ruedas a y b y las dos cremalleras.
Sentados estos particulares, cuando se ha establecido el contacto entre los dos carbones, se hace que llegue por el alambre E la corriente de una pila enérgica, de, 40 a 50 elementos por ejemplo. La corriente sube a H, desciende por el carbón positivo, después por el negativo, y se extiende por todo el aparato, sin pasar por la cremallera C, ni por el sostén de la derecha junto al borde del plato N, porque estas piezas se encuentran aisladas por discos de marfil situados en sus extremos inferiores. La corriente, por último, pasa al carrete B, que constituye el pie del regulador y vuelve a la pila por el alambre E�. El carrete se halla provisto interiormente de una manga o cubo de hierro dulce, que se imanta durante todo el trascurso del tiempo, durante el cual pasa la corriente por dicho carrete y que deja de imantarse al momento que termina su paso, siendo en último término este imán alternado o variable, el que constituye el regulador. Para que sea así, actúa por atracción sobre una armadura de hierro dulce A, abierta en su centro para permitir el paso de la cremallera C�, la cual se encuentra fija en el extremo de una palanca que bascula sobre dos puntos de apoyo mm, y trasmite una ligera oscilación a una pieza d, que por medio de un tope i, hace engranar la rueda z, como puede verse en la figura 486, dibujada según una escala mayor. Por el empleo de un husillo sin fin y de una serie de ruedas dentadas, se trasmite la detención al barrilete, y como se mantienen fijas las cremalleras, acontece lo propio con los carbones. Esto es lo que sucede mientras que la imantación es bastante enérgica en el carrete, para mantener baja la armadura A; pero a medida que van gastándose los carbones, aumenta el intervalo que los separa, la corriente va debilitándose sin dejar de pasar en forma de arco voltaico (661) y llega un momento en el cual la atracción del imán no puede equilibrar un resorte r, que tiende constantemente a elevar la armadura. En tal caso, asciende ésta, la pieza d hace desengranar el tope i, funciona el barrilete y los carbones se aproximan, pero sin llegar a estar en contacto, porque la corriente aumentando de intensidad, es atraída la armadura A y vuelven a encontrarse fijos los carbones. Como la separación de éstos solo varía entre límites muy restringidos, se obtiene con este aparato una luz regular y continua, hasta que los carbones se gastan por completo.
Con este regulador es con el que ha alumbrado M. Duboscq su aparato fotogénico, representado por la figura 358, y repite con el mejor éxito todos los experimentos de óptica que se efectuaban antes con la luz solar.
664. Propiedades e intensidad de la luz eléctrica. -Esta luz posee las mismas propiedades químicas que la solar: determina la combinación de una mezcla de cloro y de hidrógeno, actúa químicamente sobre el cloruro de plata, y aplicada a la fotografía, ofrece magníficas pruebas notables por el matiz de los tonos; sin embargo, no puede aplicarse a la ejecución de los retratos, porque fatiga mucho la vista.
Proyectada al través de un prisma la luz eléctrica, ofrece un espectro semejante al solar (470), lo cual prueba que no es simple. Wollaston, y sobre todo Fraünhofer, han encontrado que el espectro de la luz eléctrica difiere del de las otras luces y del de la luz solar por la presencia de muchas rayas muy claras, de las que una, particularmente, que se encuentra en el verde, es de una claridad casi brillante, en comparación del resto del espectro. M. Wheatstone observó que, sirviéndose para electrodos de diferentes metales, se modifica el espectro y las rayas; y M. Despretz ha demostrado que las rayas brillantes son fijas e independientes de la intensidad de la corriente.
M. Masson, que ha estudiado de nuevo la luz eléctrica detalladamente, efectuando experiencias sobre la luz de la máquina eléctrica, sobre las del arco voltaico y el carrete de Buhmkorff (719), ha encontrado, en el espectro eléctrico, los mismos colores que en el solar, pero atravesados por bandas luminosas muy brillantes, del mismo matiz que el color en que están situadas; en cuanto a la posición de estas rayas y a su número, no dependen de la intensidad de la luz, sino de las sustancias entre las que se produce.
Con el carbón, las rayas son notables por su número y por su brillo; con el zinc, está caracterizado el espectro por un matiz verde-manzana muy desarrollada; con la plata se tiene un verde muy intenso; con el plomo, el color violeta es el que domina, y así sucesivamente con los diferentes metales.
Deseando averiguar M. Bunsen la intensidad de la luz eléctrica, trabajó con 48 pares, alejó los carbones 7 milímetros, y encontró que equivalía a la de 572 bujías. Pero se hizo este experimento con pares en los cuales era exterior el carbón, e interior el zinc, y los efectos que producían eran mucho menores que los de aquéllos en los cuales el carbón era interior (654). De consiguiente, la luz de 48 de estos últimos pares equivale a. mucho más de 572 bujías.
Los señores Fizeau y Foucault, que trataron de comparar la luz eléctrica con la solar, no compararon las cantidades de luz emitidas por estos dos focos, sino sus efectos químicos sobre el ioduro de plata de las placas daguerrianas; de modo que los resultados no dan a conocer la intensidad óptica de la luz eléctrica, sino su intensidad química.
Representando por 1000 la intensidad de la luz solar al medio día, encontraron los señores Fizeau y Foucault que la de 46 pares de Bunson (carbón interior) estaba representada por 235, y la de 80 pares sólo por 238. Resulta de estos números que la intensidad de la luz no crece de un modo notable con el número de los pares; pero la experiencia revela que aumenta en mucho con su superficie. En efecto, con tres series de 48 pares cada una, reunidas paralelamente de modo que sus polos positivos concurran en uno solo, lo mismo que sus negativos, lo cual equivale a triplicar las superficies (657), subió la intensidad a 385, a la hora de funcionar la pila; de modo que es más del tercio de la luz del sol.
M. Despretz, en sus numerosos experimentos sobre la pila, observa que debe ponerse particular esmero en preservarse de sus efectos luminosos, si son algo intensos. La luz de 100 pares puede, según este físico, causar enfermedades muy agudas en la vista; y con 600, un solo instante basta para que la luz produzca dolores muy violentos en la cabeza y en los ojos, quedando tostada la cara como por los rayos del sol. Por eso es indispensable, durante estos experimentos, usar anteojos con cristales de un azul oscuro.
665. Efectos mecánicos de la pila. -Con este nombre se designan los trasportes de materias sólidas o líquidas que originan las corrientes: por ejemplo, en la formación del arco voltaico (661), hemos visto que hay trasporte de moléculas de carbón, del polo positivo al negativo, lo cual constituye un efecto mecánico.
Porret fue quien por primera vez observó el trasporte de los líquidos por las corrientes, en el experimento que sigue: habiendo dividido un vaso de vidrio en dos separaciones, por medio de una pared permeable que consistía en la membrana de una vejiga, vertió en ellas agua hasta establecer un nivel común, e introdujo dos electrodos de platino, que comunicaban con los polos de una pila de 80 elementos. Hecho esto, resultó que al mismo tiempo que se había descompuesto el agua, una parte del líquido fue trasportada, en el sentido de la corriente, al través de la membrana, desde la cavidad positiva a la negativa, en la cual se elevó el nivel sobre el de la otra cavidad. Esta experiencia no obtiene un éxito favorable si se emplea agua que tenga en disolución una sal o un ácido, porque entonces no presenta el líquido bastante resistencia a la corriente.
También pueden referirse a los efectos mecánicos de las corrientes los sonidos que emite una varilla de hierro dulce, cuando se le somete a la acción magnética de una corriente discontinua, fenómeno que describiremos más adelante (701).
666. Efectos químicos de la pila, descomposición del agua, electrólitos. -Se ha visto ya que los efectos químicos de la pila dependen más del número de los pares que de su tamaño, porque en las descomposiciones químicas, ejerciéndose la acción de la corriente sobre sustancias poco conductoras, es necesario aumentar la tensión, y de consiguiente, el número de los pares.
La primera descomposición operada por la pila fue la del agua, obtenida en 1800 por los dos ingleses Carlisle y Nicolson, con una pila de columna: 4 o 5 pares de Bunsen bastan para descomponer el agua con rapidez; pero ésta debe contener en disolución una sal o un ácido que aumente su conductibilidad, pues si es pura, se produce con muchísima lentitud la descomposición. La figura 487 representa el aparato que sirve para descomponer el agua por la pila, y para recoger el oxígeno y el hidrógeno que se desprenden. Se compone de una vasija cónica de vidrio masticada en un pie de madera, y en su fondo se elevan dos alambres de platino h, y n, que comunican con dos tornillos de presión, de cobre, fijos en los lados del aparato y destinados a recibir los electrodos de la pila. Se llena la vasija de agua ligeramente acidulada; se aplican sobre los alambres de platino dos campanitas llenas de agua, y en seguida se establece la corriente. Al instante se descompone el agua en oxígeno y en hidrógeno, que se desprenden bajo la forma de burbujas en las campanas. Se observa entonces que, la campana positiva se llena de oxígeno, y la negativa de hidrógeno; y además, el volumen de este último gas es duplo del primero. Este experimento da, pues, a la vez los análisis cualitativo y cuantitativo del agua.
Las sustancias que, como el agua, se descomponen por la corriente, y cuyos elementos se separan completamente, han recibido de Faraday el nombre de electrólitos, y se ha denominado electrolización o electrólisis al hecho mismo de la descomposición por la corriente voltaica.
667. Voltámetro, ley de Faraday. -M. Faraday ha aplicado el aparato que acabamos de describir a la descomposición del agua (fig. 487), habiéndole dado el nombre de voltámetro, porque lo ha utilizado para medir la intensidad de las corrientes poderosas, así como sirve el galvanómetro para medir la de las pequeñas. El uso del voltámetro se halla fundado en el siguiente principio, descubierto por M. Faraday, en las descomposiciones electro-químicas: la cantidad, en peso, de los elementos separados, es proporcional a la cantidad de electricidad que pasa en la corriente. Por lo tanto, en el experimento anterior, el volumen de los gases recogidos puede servir para medir la intensidad química de la corriente.
Con todo, obsérvese que la cantidad de gas que se produce por la descomposición del agua, depende, no sólo de la intensidad de la corriente, sino también a el grado de acidez del agua, de la naturaleza, del tamaño y de la distancia de los alambres o de las láminas que se introducen en el líquido para trasmitirle la corriente. Debe procurarse, pues, usar siempre el mismo aparato, o aparatos enteramente semejantes, pues de lo contrario no son comparables los resultados.
El voltámetro que acabamos de describir es un voltámetro químico, pero también se han ideado voltámetros caloríficos que miden la intensidad de las corrientes por la cantidad de calor que desprenden en los circuitos sólidos o líquidos que recorren. Pero todos estos voltámetros, así químicos como caloríficos, distan mucho de ser instrumentos de precisión. El mejor de todos los aparatos adecuados para comparar la intensidad de las corrientes es el galvanómetro, que describiremos en breve.
668. Descomposición de los óxidos metálicos y de los ácidos. -Las corrientes ejercen sobre los óxidos metálicos la misma acción que sobre el agua, reduciéndolos todos, y marchándose el oxígeno al polo positivo, y el metal al negativo. Por medio de corrientes muy poderosas descompuso Davy por vez primera, en 1807, la potasa y la sosa, colocándolas en la clase de los óxidos metálicos. Hasta entonces se habían resistido estos óxidos a todos los agentes químicos, y aún hoy día tan sólo la pila llega a descomponer algunos, como son la barita, la estronciana y la cal.
Los oxácidos son descompuestos de la misma manera que los óxidos, marchándose siempre el oxígeno al polo positivo, y el radical al negativo. Lo propio les sucede a los hidrácidos; pero el radical va al positivo y el hidrógeno al negativo.
En general, los compuestos binarios se comportan de un modo análogo bajo la influencia de la pila, pues uno de los elementos se dirige al polo positivo y el otro al negativo. En las descomposiciones efectuadas así por la pila, los cuerpos simples que se dirigen hacia el polo positivo han recibido el nombre de cuerpos electro-negativos, porque se les considera como cargados naturalmente de electricidad negativa; y los que van al polo negativo se han denominado electro-positivos. El oxígeno, en todas sus combinaciones, es constantemente electro-negativo, y el potasio electro-positivo; pero los demás cuerpos simples son, ya electro-positivos, ya electro-negativos, según los cuerpos con los cuales se combinan. El azufre, por ejemplo, es electro-positivo con el oxígeno, y electro-negativo con el hidrógeno.
669. Descomposición de las sales. -Las sales ternarias, en el estado de disolución, se descomponen todas por la pila, y presentan entonces efectos que varían con las afinidades químicas y con la energía de las corrientes. Si el ácido y la base de la sal son estables, se separan simplemente, y entonces el ácido va siempre al polo positivo, y el óxido al negativo, conforme sucede con los sulfatos, los carbonatos y los fosfatos de los metales de las dos primeras secciones. Si el ácido es poco estable, se descompone y su oxígeno es el único que va al polo positivo. Con un óxido débil, el metal reducido se dirige sólo al polo negativo, mientras que el ácido y el oxígeno se acumulan en el positivo, según se observa en las sales de plomo, de cobre, de plata, y en general, en las de las tres últimas secciones. Por fin, si quedan completamente reducidos el ácido y el óxido, su oxígeno va por completo al polo positivo, y los dos radicales al otro polo.
Demuéstrase la descomposición de las sales por la pila, con un tubo de vidrio encorvado (fig. 488), en el cual se vierte una disolución de sulfato de potasa o de sosa, coloreada de azul con jarabe de violeta. Introducidas en las ramas del tubo dos láminas de platino, se ponen éstas en comunicación con los electrodos de la pila. A los pocos minutos, si se hace uso de tres o cuatro pares de Bunsen, se nota que la rama positiva A se colora de rojo, y la negativa B de verde, lo cual demuestra que el ácido de la sal se dirige al polo positivo, y la base al negativo; porque se sabe que el jarabe o tintura de violeta tiene la propiedad de enrojecerse por la acción de los ácidos, y de enverdecerse por las bases.
En este experimento, si la corriente es algo intensa, además de la descomposición de la sal, se observa un desprendimiento de oxígeno en el polo positivo, y de hidrógeno en el polo negativo, lo cual indica que hay también descomposición de agua por la corriente; y todavía se puede explicar, admitiendo que el óxido de potasio o de sodio, siendo descompuesto, su oxígeno marcha al polo positivo, mientras que el metal, reaccionando sobre el agua, se apodera de su oxígeno y deja al hidrógeno en libertad.
La descomposición de las sales por la pila ha recibido importantes aplicaciones en la galvanoplastia, en el dorado y en el plateado, operaciones que no tardaremos en describir (672).
670. Anillos de Nobili. -Descomponiendo las sales por la pila, obtuvo Nobili, sobre placas metálicas, anillos con tintas sumamente brillantes. La coloración de estos anillos que resultan de capas metálicas muy delgadas que se depositan sobre las placas se explicaron la teoría de los anillos coloreados de Newton (536). Para obtenerlos, se coloca en el fondo de una disolución de acetato de plomo o de sulfato de cobre una placa metálica que comunica con el polo negativo de una débil pila; luego se cierra la corriente con un alambre de platino, que se une con el polo positivo, y se introduce en la disolución perpendicularmente a la placa, de modo que se acerque muchísimo a ella. Deposítanse entonces delante, de la punta anillos dotados de una coloración muy viva, que varía con la sal en disolución y con la naturaleza de las placas.
671. Árbol de Saturno. -Cuando se sumerge en una disolución salina un metal más oxidable que el de la sal, el metal de esta última es precipitado por el que se ha sumergido, y se deposita sobre él lentamente, siendo sustituido por el mismo, equivalente por equivalente. Atribúyese esta precipitación de un metal por otro, en parte a las afinidades, y en parte a la acción electro-química de una corriente que tiene su origen en el contacto de los metales precipitante y precipitado; o más bien en la acción del ácido contenido en la disolución, pues se ha observado que es preciso que sea esta última ligeramente ácida. El exceso de ácido libre actúa entonces sobre el metal precipitante, y determina la corriente que descompone la sal.
El árbol de Saturno es un efecto notable de la precipitación de un metal por otro. Así se denomina una serie de ramificaciones brillantes que se obtienen con el zinc en las disoluciones de acetato de plomo. Para conseguirlo, llénase un frasco de vidrio de una disolución bien clara de esta sal, luego se le cierra con un tapón de corcho, al cual está fijo un pedazo de zinc, en contacto con alambres de latón que se introducen, divergiendo, en la disolución. Abandónase a sí mismo el frasco herméticamente cerrado. A los pocos días le depositan brillantes pajitas de plomo cristalizado sobre los alambres de latón, simulando una vegetación que se ha designado con el nombre de árbol de Saturno, por ser éste el que daban al plomo los antiguos alquimistas. Se designa también con el nombre de árbol de Diana el depósito metálico que produce el mercurio en el nitrato de plata.
Galvanoplastia; dorado y plateado
672. Galvanoplastia. -La descomposición de las sales por la pila ha recibido una importante aplicación en la galvanoplastia, o sea el arte de modelar los metales precipitándolos de sus disoluciones salinas por la acción lenta de una corriente eléctrica. Inventaron casi simultáneamente este arte M. Spencer, en Inglaterra, y M. Jacobi, en Rusia, en el año 1838; pero al parecer es su verdadero inventor M. Jacobi. (Véase el Cosmos del 9 de mayo de 1860, página 261).
Cuando se quiere reproducir una medalla o cualquier otro objeto por medio de la galvanoplastia, es preciso antes que todo procurarse del mismo un molde en hueco, sobre el cual pueda depositarse la capa metálica que debe reproducir en relieve la medalla. Si ésta es de metal, el procedimiento más sencillo para formar el molde, consiste en valerse de la aleación fusible de d'Arcet, compuesta de 5 partes de plomo, 8 de bismuto y 3 de estaño. Se vierte esta aleación fundida en una copita, y cuando va a solidificarse se deja caer de plano la medalla de una pequeña altura, procurando en seguida que esté completamente inmóvil. Luego que está fría la aleación, basta un ligero choque para que se desprenda de ella la medalla. Rodéase entonces el molde con un alambre de cobre que le ponga en comunicación con el polo negativo de la pila, y se cubre después su contorno y su cara posterior, con una débil capa de cera fundida, a fin de que el depósito metálico no se precipite más que sobre la misma impresión.
Para reproducir en cobre una medalla, se toma una cuba llena de una disolución saturada de sulfato de cobre, y puestas encima dos barritas de latón B y D (fig. 489), que comunican, una con el polo negativo y la otra con el positivo de un par de Bunsen se suspende de la primera el molde m, y de la otra una lámina de cobre C. Cerrada así la corriente, se descompone el sulfato de cobre: su ácido y el oxígeno del óxido van al polo positivo, mientras que sólo el cobre va al negativo, depositándose lentamente sobre el molde m. De esta manera, pueden suspenderse muchos moldes a la vez. A las cuarenta y ocho horas está cubierto el molde por una capa de cobre sólida y resistente, pero no adherente. Sin embargo, para impedir por completo la adherencia, es preciso antes de la operación impregnar el molde con un cepillo fino, aplicado muy ligeramente encima de un cuerpo graso, o pasarle rápidamente por una llama resinosa que deje en él un depósito de materia extraña.
Si la medalla que se va a reproducir es de yeso, no puede hacerse su molde en aleación de d'Arcet. Entonces se la introduce en un baño de estearina fundida a 70 grados, y retirando en seguida la medalla se seca casi instantáneamente, lo cual proviene de que la estearina penetra en los poros del yeso. Enfriado este último, se cubre con plombagina, frotándole con un cepillo suave impregnado de esta sustancia; luego se rodea con una tira de cartón, y se vierte encima estearina tibia, la cual al solidificarse reproduce fielmente en hueco la medalla primitiva. Formado así el molde, no es adherente al yeso, a causa de la capa de plombagina depositada encima, se quita se le da también una capa de plombagina para transformarle en conductor. Y este molde, así metalizado, se suspende por un alambre de cobre del polo negativo de la pila, según hemos dicho antes.
Se hacen también muy buenos moldes con la guta-percha. Para lograr este resultado, se principia cubriendo con plombagina el objeto, a fin de que no se adhiera a la guta-percha; y luego, elevando la temperatura por medio del agua caliente, de cierta cantidad de esta sustancia hasta que se reblandezca, se aplica sobre la pieza que ha de reproducirse, sometiéndola a una presión algo intensa. Después de haberse enfriado, se despega la guta-percha que es poco adherente, y entonces se tiene sobre esta sustancia una impresión en hueco muy fiel del objeto. Sólo falta dar al molde una capa de plombagina para que se vuelva conductor, conforme se hace con la estearina. Suspendiéndolo del polo negativo de la pila en una disolución concentrada de sulfato de cobre, se obtiene a las cuarenta y ocho horas una reproducción en cobre del objeto en cuestión.
La placa de cobre C, puesta en el polo positivo, reconoce por objeto, no sólo cerrar la corriente, sino también mantener la disolución en un estado constante de concentración; y en efecto, el ácido y el oxígeno que van al polo positivo se combinan con el cobre de la placa, y reproducen constantemente una cantidad de sulfato de cobre igual a la que descompone la corriente.
Para la galvanoplastia se prefiere, en general, la pila de Daniell (652), a causa de la uniformidad de su efecto; pero se trabaja también perfectamente con un solo par de Bunsen, sobre todo con el modelo antiguo, que es más débil, si bien hay que acidular muy poco el agua en la cual se introduce el zinc.
673. Dorado galvánico. -Antes de conocer la descomposición de las sales por la pila, se doraba por medio del mercurio. Amalgamábase este metal con el oro, y luego se aplicaba la amalgama sobre la pieza que había que dorar; elevando entonces en un horno la temperatura, se volatilizaba el azogue, no quedando más que el oro en forma de una capa muy delgada sobre los objetos dorados. Igual procedimiento se seguía para el plateado; pero, como es costoso e insalubre, se ha sustituido generalmente hoy día por el dorado y plateado galvánicos. El dorado por medio de la pila sólo difiere de la galvanoplastia, en que la capa metálica que logra depositarse sobre los objetos que hay que dorar, es mucho más delgada y más adherente. Brugnatelli, discípulo de Volta, fue, al parecer, el primero que en 1803 observó que se podía dorar con una pila y una disolución alcalina; pero en realidad es M. de la Rive quien aplicó la pila al dorado. Los señores Elkington, Ruolz y otros físicos han ido perfeccionando luego los procedimientos del dorado y del plateado.
Las piezas que van a dorarse deben experimentar tres preparaciones, que son el recocido, el raspado y la limpiadura.
Consiste el recocido en calentar las piezas para quitarles las materias grasas de las cuales han podido impregnarse en los trabajos a que anteriormente se han sometido.
Como las piezas que se han de dorar suelen ser ordinariamente de cobre, su superficie, durante el recocido, se cubre de una capa de protóxido y de bióxido de cobre que se debe separar por medio del raspado. Introdúcense al efecto las piezas, aún calientes, en un baño de ácido nítrico muy diluido en agua, en el cual se mantienen bastante tiempo, para que el óxido se desprenda. Después se frotan con un cepillo fuerte, se lavan en agua destilada y se secan con aserrín algo caliente.
Después de estas operaciones las piezas presentan un aspecto irisado, y para quitarles todas las manchas, resta aún someterlas a la limpiadura; operación que consiste en sumergirlas rápidamente en un baño de ácido nítrico común, después en una mezcla de este mismo ácido, de sal marina y de hollín, lavándose finalmente en agua pura.
Preparadas ya las piezas, se las suspende del electrodo negativo de una pila formada de tres o cuatro pares de Daniell o de Bunsen, y se las sumerge en un baño de oro, disponiéndolas como para la galvanoplastia (fig. 489). Permanecen así en el baño más o menos tiempo, según el espesor que quiera darse al depósito.
Se ha variado mucho la composición de los baños; pero el que más se usa, consta de 1 gramo de cloruro de oro y de 10 de cianuro de potasio, disueltos en 200 gramos de agua. Para mantener el baño a un grado constante de concentración, se suspende del electrodo positivo una lámina de oro, que se disuelve a medida que la disolución deposita su oro sobre las piezas que comunican con el polo negativo.
El procedimiento que acabamos de describir se aplica perfectamente para dorar, no sólo el cobre, sino también la plata, el bronce y el latón; y en cuanto a los otros metales, como el hierro, el acero, el zinc, el estaño y el plomo, se doran mal. Para obtener un buen dorado, hay que darles primero una capa de cobre por medio de la pila y de un baño de sulfato cúprico, y en seguida se dora esta capa de cobre.
674. Plateado. -Todo cuanto acaba de leerse acerca del dorado galvánico se aplica exactamente al plateado, no existiendo más diferencia que en la composición del baño, que consta de 2 gramos de cianuro de plata y 10 de cianuro de potasio, disueltos en 250 de agua. Del electrodo positivo está suspendida una placa de plata que impide que se empobrezca el baño, y en el negativo se encuentran, muy limpias, las piezas que hay que platear.
Capítulo III
Electro-magnetismo; galvanometría
675. Experimento de Oersted. -Oersted, profesor de física de Copenhague, dio a conocer, en 1819, un descubrimiento que aunó íntimamente desde entonces el magnetismo y la electricidad, y que en breve fue en manos de Ampere y de M. Faraday, el origen de una nueva parte de la física. El hecho que Oersted descubrió es la acción directriz que una corriente fija ejerce a distancia sobre una aguja móvil imantada. Poco después se observó que, recíprocamente, un imán fijo ejerce una acción directriz sobre una corriente móvil, y se dio el nombre de electro-magnetismo a la parte de la física que trata de las acciones mutuas que surgen entre los imanes y las corrientes.
Para hacer el experimento de Oersted, se sitúa horizontalmente, en la dirección del meridiano magnético, un alambre de cobre encima de una aguja imantada móvil (fig. 490). Mientras no atraviesa el alambre una corriente, permanece paralela a él la aguja; mas apenas las extremidades del alambre comunican con los electrodos de una pila, la aguja se desvía y tiende tanto más a tomar una dirección perpendicular a la corriente, cuanto más intensa es ésta.
En cuanto al sentido que aceptan los polos, se presentan muchos casos, que a su tiempo reduciremos a un principio único. Recordemos primero el convenio ya establecido (640) de admitir que la corriente va siempre en el alambre conjuntivo del polo positivo al negativo. El experimento anterior ofrece los cuatro casos siguientes:
1.� Si la corriente pasa por encima de la aguja y va del sur al norte, el polo austral se desvía hacia el oeste, y esta disposición es la que la que señala la figura 490; 2.� si la corriente pasa por debajo de la aguja, siempre del sur al norte, el polo austral se desvía al este; 3.� cuando la corriente pasa por encima de la aguja, en la dirección de norte a sur, el polo austral se desvía hacia el este, y 4.�, por último, la desviación se verifica hacia el oeste, caso de que la corriente vaya también de norte a sur, pero por debajo de la aguja.
Si se concibe, según lo hizo Ampere, un observador situado en el alambre conjuntivo, de modo que la corriente que entre por los pies salga por la cabeza, y que la cara esté dirigida constantemente hacia la aguja, se reconoce con facilidad que, en las cuatro posiciones que acabamos de considerar, el polo austral se desvía hacia la izquierda del observador. Personificada así la corriente, pueden reasumirse los diferentes casos antes considerados, en el enunciado de este principio general: En la acción directriz de las corrientes sobre los imanes, se desvía constantemente el polo austral hacia la izquierda de la corriente.
676. Galvanómetro o multiplicador. -Denomínase galvanómetro, multiplicador o rheómetro, un aparato sumamente sensible, que sirve para comprobar la existencia, el sentido y la intensidad de las corrientes. Este aparato fue ideado por Schweigger, en Alemania, poco después del descubrimiento de Oersted.
Para comprender su principio, consideremos una aguja imantada suspendida de un hilo de seda sin torsión (fig. 491), y rodeada, en el plano del meridiano magnético, de un alambre de cobre que forma un circuito completo alrededor de la aguja, en el sentido de su longitud. Cuando se halla atravesado este alambre por una corriente, resulta del convenio establecido en el párrafo anterior, que, en todas las artes del circuito, un observador, tendido en la dirección del alambre, en el sentido de las flechas, y mirando la aguja ab, tendría la izquierda vuelta hacia el mismo punto del horizonte, y de consiguiente, que por todas partes la acción de la corriente tiende a hacer girar la aguja en el mismo sentido. Es decir, que las acciones de las cuatro ramas del circuito concurren para dar al polo austral la misma dirección. Arrollando el alambre de cobre en el sentido de la aguja, como indica la figura, se ha multiplicado, pues, la acción de la corriente. Si en vez de una sola vuelta existen muchas, se multiplica más la acción y aumenta la desviación de la aguja. Sin embargo, no se multiplicaría indefinidamente la acción de la corriente continuando las circunvoluciones del alambre, pues pronto veremos que la intensidad de una corriente se debilita cuando aumenta la longitud del circuito que recorre.
Como la acción directriz de la tierra tiende sin cesar a mantener la aguja en el meridiano magnético, oponiéndose así a la acción de la corriente, se hace mucho más sensible el efecto de esta, sirviéndose de un sistema de dos agujas astáticas (fig. 492). Entonces es muy débil la acción de la tierra sobre las agujas (575), y además se aúnan las acciones de la corriente sobre las dos agujas. En efecto, la acción del circuito completo tiende, según el sentido que marcan las flechas, a desviar hacia el oeste el polo austral de la aguja inferior ab; y la superior a�b� está sometida a la acción de dos corrientes contrarias mn y pq; pero como la primera es la más próxima, su acción es superior. Pasando esta corriente por debajo de la aguja del polo austral al boreal, tiende evidentemente a hacer girar el polo a� hacia el este, y de consiguiente, el b� hacia el oeste, esto es, en el mismo sentido que el a de la otra aguja.
Sentados estos principios, es fácil darse cuenta de la teoría del multiplicador. Este aparato (fig. 493) consta de un bastidor D de cobre, alrededor del cual se arrolla un alambre del mismo metal, cubierto de seda en toda su longitud, a fin de aislar los circuitos entre sí. Encima de este bastidor existe un cuadrante horizontal graduado, cuyo cero corresponde al diámetro paralelo a la dirección del alambre de cobre debajo del bastidor: este cuadrante cuenta con dos graduaciones, una hacia la derecha y otra hacia la izquierda del cero, pero sólo hasta 90 grados. Por medio de un sostén y de un hilo elemental de seda sumamente fino se suspende un sistema astático (575) formado de dos agujas de coser ab y A, la primera encima del cuadrante, y la segunda en el mismo circuito. Estas agujas, que se hallan reunidas entre sí por un alambre de cobre, como las de la figura 411, no pudiéndose desviar la una sin que también se desvíe la otra, no deben tener idénticamente la misma intensidad magnética, pues de lo contrario cualquiera corriente, fuerte o débil, las pondría siempre en cruz con él.
Los vástagos encorvados K y H, que comunican por la parte inferior del aparato con los dos extremos del circuito, reciben los conductores que trasmiten la corriente que se desea observar. Los tornillos C sirven para situar exactamente vertical el aparato, de modo que el hilo de suspensión corresponda precisamente al centro del cuadrante. Por fin, un botón E trasmite el movimiento al marco D y al cuadrante que son movibles alrededor de su eje vertical, de modo que los alambres del circuito acepten la dirección del meridiano magnético, sin necesidad de tocar al aparato.
Cuando el galvanómetro sirve para observar corrientes que dependen de las acciones químicas, el alambre que se arrolla alrededor de las agujas ha de contar muy poco diámetro, y dar muchas revoluciones, de 600 a 800 por lo menos. El número de vueltas asciende frecuentemente a dos o tres mil, y para experimentos muy delicados ha llegado hasta 30,000. Para las corrientes termo-eléctricas, que más adelante describiremos, el alambre debe ser más grueso y efectuar un número menor de vueltas, es decir, unas 200 o 300 tan sólo. Por último, cuando se trata de corrientes intensas, sirven galvanómetros de una sola aguja, y el alambre da muy pocas vueltas, a veces sólo una. El galvanómetro más sencillo es entonces una brújula, por encima de la cual pasa un alambre de cobre dirigido en el sentido del meridiano magnético para recibir la corriente cuya intensidad se busca.
El galvanómetro que acabamos de describir no acusa ninguna corriente, cuando se hace pasar por el alambre la electricidad de una máquina eléctrica, poniendo en comunicación uno de los extremos con los conductores, y el otro con el suelo. Sólo se hace sensible la corriente que pasa entonces por el aparato, empleando un alambre, muy fino arrollado hasta dos o tres mil veces sobre sí mismo, y aislando completamente entre sí los circuitos por medio de seda y de barniz hecho con goma laca. Con estas condiciones, la electricidad de la máquina eléctrica desvía las agujas, lo cual demuestra la identidad de la electricidad estática con la dinámica.
677. Graduación del galvanómetro. -El galvanómetro, tal cual acabamos de describirle, es un aparato sumamente sensible para comprobar la presencia de las corrientes, pero no da a conocer su intensidad. Para conseguirlo hay que construir tablas, por medio de las cuales pueda deducirse, de la desviación de la aguja, la intensidad de la corriente.
El método más sencillo para formar estas tablas es el del multiplicador de dos alambres. Arróllanse simultáneamente, en el bastidor del aparato, dos alambres de cobre cubiertos igualmente de seda, e idénticos en longitud y en diámetro; y eligiendo luego un foco de electricidad dinámica constante, pero muy débil, se hace pasar la corriente por uno de los alambres, lo cual da cierta desviación, 5 grados por ejemplo. En seguida, por medio de un foco eléctrico idéntico al primero, se trace pasar al mismo tiempo por cada alambre una corriente de igual intensidad, obteniéndose otra desviación, 10 grados, por ejemplo, que procede de la acción simultánea de las dos corrientes, o lo que es lo mismo, de una corriente dos veces más intensa que la primera. Si se hace pasar después por uno de los alambres una corriente capaz de producir por sí sola la desviación 10, y en el otro una de las que produjeron la desviación 5, lo cual equivale evidentemente, a una corriente triple de la primera, se obtiene la desviación 15. En fin, haciendo pasar por cada uno de los alambres a la vez una corriente capaz de dar la desviación 10, se observa una de 20 grados. Es decir, que hasta 20 grados, las desviaciones crecen proporcionalmente a la intensidad de la corriente. Pasado este término crecen con menos rapidez; pero, empleando el mismo procedimiento, siguen determinándose, de distancia en distancia, las desviaciones correspondientes a intensidades conocidas, y luego se termina la tabla por el método de las interpolaciones. Cada galvanómetro exige una tabla particular, porque la relación entre la intensidad de la corriente y la desviación de la aguja varía con el grado de imantación de ésta, con su longitud, con su distancia de la corriente, y por último, con la longitud del circuito.
Supuesto que hasta 20 grados las desviaciones son sensiblemente proporcionales a las intensidades, se puede, en el caso de un galvanómetro de un solo alambre apoyarse en esta propiedad para medir hasta dicho límite las intensidades por medio de las desviaciones. Para pasar adelante sería preciso construir una tabla fundándose en las desviaciones producidas por corrientes cuya intensidad fuese conocida, y calculando en seguida, por interpolación, las intensidades correspondientes a las desviaciones intermedias.
El multiplicador de dos alambres puede servir también para medir la diferencia de intensidad de dos corrientes, lo cual se obtiene haciendo pasar simultáneamente, en sentido contrario, una por cada alambre. El aparato se denomina en este caso galvanómetro diferencial
678. Usos del galvanómetro. -Por su extrema sensibilidad, es el galvanómetro uno de los instrumentos más preciosos de la física. No sólo sirve para comprobar la presencia de las corrientes, sino también para conocer su dirección y su intensidad. Con este aparato pudo cerciorarse M. Becquerel de que hay desprendimiento de electricidad en todas las combinaciones químicas, y determinan las leyes que presiden a estas combinaciones.
Por ejemplo, si se fijan en las extremidades del circuito del galvanómetro dos alambres de platino, y si se introducen éstos en una cápsula llena de ácido nítrico, no se nota desviación alguna en la aguja, lo cual podía preverse fácilmente, supuesto que aquel ácido no ataca al platino. Pero si se vierte una gota de ácido clorhídrico cerca de uno de los alambres sumergidos, al instante se desvía la aguja del galvanómetro, dando a entender que, una corriente atraviesa al circuito. En efecto, sabido es que por su reacción mutua dan origen los ácidos nítrico y clorhídrico al ácido cloro-nítrico o aguja regia, que ataca al platino. Se reconoce, además, por el sentido de la desviación, que el platino está electrizado negativamente, y el ácido positivamente.
679. Leyes de las acciones de las corrientes sobre los imanes. -Las acciones que las corrientes ejercen sobre los imanes son de dos especies, directriz una, y atractiva o repulsiva la otra. Sabemos ya (675) que la acción directriz de una corriente sobre un imán consiste en que la corriente tiende siempre a poner al imán en cruz con ella, y con su polo austral a la izquierda de un observador que estuviese echado en la dirección de la corriente, de manera que, mirando al imán, entrase la corriente por los pies y saliese por la cabeza.
La intensidad de la acción directriz de las corrientes sobre la aguja imantada varía con la distancia. En virtud del número de oscilaciones de la aguja, a distancias desiguales, bajo la influencia de una corriente rectilínea, han encontrado los señores Biot y Savart que la intensidad de la resultante de las acciones directrices de todas las partes de la corriente sobre la aguja, está en razón inversa de la simple distancia.
Compruébase la acción atractiva o repulsiva de las corrientes sobre los imanes, suspendiendo verticalmente por una de sus extremidades una aguja de coser imantada, de un hilo de seda muy fino. Se hace pasar luego muy cerca de esta aguja una corriente horizontal, observándose entonces, según la dirección de ésta, atracciones o repulsiones que se explican por la acción de las corrientes sobre los solenoides, cuando se comparan con éstos los imanes, conforme lo efectuó Ampere en una teoría que en breve expondremos (598).
Acciones de los imanes y de la tierra sobre las corrientes
680. Acción directriz de los imanes sobre las corrientes. -La acción directriz entre las corrientes y los imanes es recíproca. En el experimento de Oersted (fig. 490) es móvil la aguja imantada y fija la corriente, y por lo mismo, aquélla es la que se dirige y pone en cruz con ésta. Si, por el contrario, está fijo el imán y es móvil la corriente, ésta se dirige y va a ponerse en cruz con el imán, ocupando siempre la izquierda el polo austral. Para demostrar este principio, se dispone, el experimento según indica la figura 494. El circuito que recorre la corriente es móvil, y por debajo de su rama inferior se acerca una poderosa barra imantada: al instante principia aquél a girar; pero a las pocas oscilaciones se para en un plano perpendicular al imán, de modo que el polo austral de éste se encuentra a la izquierda de la corriente en la parte inferior del circuito.
681. Acción directriz de la tierra sobre las corrientes verticales. -La tierra, que ejerce una acción directriz sobre los imanes (566), obra también sobre las corrientes, imprimiéndolas, ya una dirección determinada, ya un movimiento, continuo de rotación, según posean las corrientes una dirección vertical u horizontal.
La primera de estas dos acciones, la que ofrece por resultado dirigir las corrientes, puede formularse así: Toda corriente vertical móvil alrededor de un eje que le es paralelo, va a colocarse, bajo la influencia de la acción directriz de la tierra, en un plano perpendicular al meridiano magnético, y se detiene a las pocas oscilaciones, al este de su eje de rotación, cuando es descendente, y al oeste cuando es ascendente.
Experimentalmente se comprueba este hecho por medio de un aparato formado de dos vasijas de cobre a y K (fig. 495), de tamaño desigual. La mayor a, que tiene unos 30 centímetros de diámetro, cuenta en su centro con una abertura por la cual pasa una columna de latón b, aislada de la vasija a, pero en comunicación con la K. Esta columna termina según una capsulita, en la cual descansa por un eje una ligera varilla de madera, en una de cuyas extremidades se arrolla un alambre fino de platino ce, que tiene introducidas sus dos puntas en el agua acidulada de ambas vasijas.
Llegando la corriente por el alambre m en la dirección de las flechas, pasa por una lámina de cobre que, por debajo de la tabla que sostiene todo el aparato, va a soldarse con el pie de la columna b. Sube entonces la corriente por esta columna, llega a la vasija K y a su agua acidulada, pasa por el alambre c, baja por el e, y dirigiéndose por las paredes de la vasija a al través de su agua acidulada, termina en el alambre n, que la vuelve a la pila.
Cerrada así la corriente, se nota que el alambre e se mueve alrededor de la columna b, parándose al este de ella cuando es descendente, como en nuestro dibujo; pero si es ascendente, lo cual se obtiene haciendo llegar la corriente de la pila por el alambre n, el e se para al oeste de b, en una posición diametralmente opuesta a la del caso anterior.
Si a la varillita de madera de un solo alambre de la figura 495, se sustituye la de dos alambres de la figura 496, ya no se dirige, como era fácil preverlo, supuesto que, tendiendo cada alambre a colocarse al este de la columna b, se producen dos efectos iguales y de dirección contraria, que se equilibran.
682. Acción de la tierra sobre las corrientes horizontales móviles alrededor de un eje vertical. -La acción de la tierra sobre las corrientes horizontales no consiste ya en dirigirlas, sino en comunicarlas un movimiento de rotación continuo del este al oeste, pasando por el norte, cuando la corriente horizontal se aparta del eje de rotación, y del oeste al este, cuando se dirige hacia este eje.
Esta acción sobre las corrientes horizontales se demuestra por medio del aparato de la figura 497, que sólo difiere del de la 495 en que no hay más que una vasija. La corriente sube por la columna a, pasa por los dos alambres cc, y baja por los bb para volver a la pila. Entonces, el circuito bccb se pone a girar con movimiento continuo del este al oeste o del oeste al este, según en los alambres cc se aleje la corriente del centro, como en nuestro grabado, o se acerque, lo cual se consigue haciendo llegar por el alambre m, y no por el n, la corriente de la pila.
Sabemos (681) que queda destruida la acción de la tierra sobre los alambres verticales bb; luego la rotación de las ramas horizontales cc depende de su acción.
683. Acción directriz de la tierra sobre las corrientes cerradas, móviles alrededor de un eje vertical. -Si la corriente sobre la cual obra la tierra está cerrada, sea rectangular, sea circular, ya no se produce un movimiento continuo de rotación, sino una acción directriz, como en el caso de las corrientes verticales (681), en virtud de la cual la corriente va a situarse en un plano perpendicular al meridiano magnético, de modo que sea descendente al este de su eje de rotación, para un observador que mire al norte, y ascendente al oeste.
Esta propiedad, que se comprueba por medio del aparato de la figura 498, es una consecuencia de lo que hemos manifestado respecto a las corrientes horizontales y verticales. En efecto, dedúcese de esto que en el circuito cerrado ADB, la corriente en las partes superior e inferior tiende a girar en sentido contrario, según la ley de las corrientes horizontales (682), y por lo tanto hay equilibrio; mientras que en las partes laterales tiende a situarse la corriente por un lado al este y por otro al oeste, en virtud de la ley de las corrientes verticales (681).
A causa de la acción directriz de la tierra sobre las corrientes, es necesario, en la mayor parte de los experimentos que a ellas se contraen, sustraerlas de dicha acción. Dase, al efecto, al circuito móvil una forma simétrica a ambos lados de un eje de rotación, de modo que las acciones directrices de la tierra en las dos partes del circuito tiendan a hacerlas girar en sentido contrario, y por lo mismo, que se destruyan. Queda satisfecha esta condición en los circuitos de 499, 500 y 501; y por eso se da a las corrientes que los recorren el nombre de corrientes astáticas.
Muy pronto explicaremos de un modo sumamente sencillo (698) todas las acciones que ejerce la tierra sobre las corrientes (681, 682 y 683), fundándonos en las acciones mutuas de las corrientes eléctricas (688 a 697), y adoptando la hipótesis de Ampere, quien suponía que recorren la tierra de este a oeste corrientes eléctricas perpendiculares al meridiano magnético.
Capítulo IV
Electro-dinámica, atracciones y repulsiones de las corrientes por las corrientes
684. Acciones mutuas de las corrientes eléctricas. -Cuando una corriente eléctrica atraviesa simultáneamente dos alambres cercanos, se produce entre éstos, según la dirección relativa de las dos corrientes, atracciones o repulsiones análogas a las que se ejercen entre los polos de dos imanes. Estos fenómenos, cuyo descubrimiento debemos a Ampere, poco después de los de Oersted (675), constituyen una parte de la electricidad dinámica, que se designa con el nombre de electro-dinámica. Las leyes que les rigen ofrecen diversos casos según sean las corrientes paralelas o angulares, rectilíneas o sinuosas.
685. Leyes de las corrientes paralelas. -1.� Dos corrientes paralelas y en el mismo sentido se atraen;
2.� Dos corrientes paralelas y de sentido contrario se repelen.
Para demostrar estas leyes, se divide el circuito que recorre la corriente en dos partes, fija la una y móvil la otra (fig. 499). La primera se compone de dos columnas de cobre situadas verticalmente sobre una tabla. Comunicando el electrodo positivo de una pila de cuatro o cinco pares de Bunsen con el pie de la columna de la izquierda del dibujo, sube por ella la corriente, pasa al alambre A, y de aquí a una cápsula B que contiene mercurio. A partir de ésta, principia la parte móvil del circuito, que se compone de un alambre de cobre, una de cuyas extremidades se apoya por medio de un eje en la cápsula B, y la otra se introduce en una segunda cápsula C, desde la cual pasa la corriente a la columna de la derecha, que comunica por su vértice con el electrodo negativo de la pila.
Atendiendo a la dirección de las flechas, la corriente marcha en sentido contrario en las columnas y en el circuito móvil. Éste, que se estableció antes de que pasara la corriente en el plano de los ejes de las columnas, se aleja del mismo girando sobre su eje B, luego que circula la corriente, quedando así demostrada la segunda ley.
Para la demostración de la primera, se quita el circuito móvil de la figura 499, y se sustituye por el de la 500. Teniendo entonces el mismo sentido la corriente en las columnas y en la parte móvil, se comprueba que hay atracción, porque el circuito movible vuelve siempre al plano de los ejes de las dos columnas, luego que se lo aleja de él.
686. Leyes de las corrientes angulares. -1.� Dos corrientes rectilíneas, cuyas direcciones forman entre sí un ángulo, se atraen cuando las dos se acercan o se alejan del vértice.
2.� Se repelen, si la una va hacia el vértice del ángulo y la otra se aleja del mismo.
Para demostrar estas dos leyes, se hace uso generalmente de un aparato que hemos dado a conocer en nuestras ediciones anteriores, y del cual somos deudores a M. Pouillet; pero como funciona con dificultad, debe preferirse el que está representado en la figura 502. Este último, que no es más que una modificación de un aparatito adoptado ya por Ampere para demostrar las leyes de las corrientes angulares, y que se describe en el Tratado de electricidad de M. de La Rive, es sumamente sensible.
Se observa que no es otra cosa que el aparato ya representado en las figuras 494 y 498, sólo que sobre la tabla se coloca un pequeño bastidor de madera mn, sobre el cual se arrolla muchas veces un grueso alambre por el cual pasa la corriente, de manera que multiplique su acción sobre el circuito móvil PQ, que es astático. Entendido esto, si la corriente entra por el pie de la columna A, gana el circuito PQ que recorre según la dirección que marcan las flechas; luego vuelve a la columna B, pasa al multiplicador, y sale por C. Pero, habiendo dispuesto el circuito móvil de manera que su plano forme ángulo con el multiplicador, y la corriente, separándose del vértice del ángulo en los dos alambres, según indica la figura, se observa, al momento de pasar la corriente, que disminuye el ángulo POm, lo cual manifiesta que, en conformidad con la primera ley, hay atracción entre las dos corrientes. Por el contrario, si al circuito PQ se sustituye el circuito MN (fig. 501), las dos corrientes tienen entonces sentidos contrarios con relación al vértice del ángulo POm, y se ve que éste aumenta, lo cual manifiesta que existe repulsión y comprueba a la par la segunda ley.
Ampere dedujo de esta segunda ley, que una corriente angular tiende a trasformarse en rectilínea, y que, en una corriente rectilínea, cada elemento de la corriente repele al que le sigue, siendo repelido por éste mismo. Se procura, de ordinario, demostrar este principio evidenciando que, cuando pasa la corriente desde un baño de mercurio a un alambrito de cobre que se apoya en la superficie líquida, es rechazado dicho alambre; pero la resistencia que resulta del cambio de conductor, puede bastar para producir el fenómeno.
687. Leyes de las corrientes sinuosas. -La acción de una corriente sinuosa es la misma que la de una corriente rectilínea de longitud igual en proyección. Este principio se demuestra disponiendo una corriente mno, mitad sinuosa, mitad rectilínea, junto a otra móvil ABCD (fig. 503). No se observa entonces atracción ni repulsión lo cual patentiza que la acción de la parte sinuosa mn equilibra a la rectilínea no.
Este principio de las corrientes sinuosas encontrará en breve su aplicación en los solenoides constituidos por la combinación de una corriente rectilínea con otra sinuosa (693).
Duración de las corrientes entre sí
688. Acción de una corriente indefinida sobre otra perpendicular a su dirección. -Atendida la acción entre dos corrientes angulares (686), se puede determinar fácilmente la de una rectilínea QP (fig. 504), fija e indefinida, sobre otra móvil KH, perpendicular a su dirección. Sea OK la perpendicular común a KH y PQ, la cual es nula, si se encuentran las dos líneas PQ y KH. Dirigida la corriente PQ de Q hacia P, en el sentido de las fechas consideremos primero el caso en que la KH se acerque a la PQ. Según la primera ley de las corrientes angulares (686), la porción QO de la PQ atrae la KH, pues estas corrientes se dirigen ambas hacia el vértice del ángulo formado por sus direcciones. La porción PO de la PQ repele al contrario la KH porque ambas corrientes están en sentido contrario con relación al vértice del ángulo formado por sus direcciones. Representando, pues, por mp y mq las dos fuerzas, atractiva una y repulsiva la otra, que solicitan la corriente KH, fuerzas que tienen necesariamente la misma intensidad, porque todo es simétrico a ambos lados del punto O, sabemos ya (29) que dichas dos fuerzas se componen en una única mn, que tiende a arrastrar la corriente KH paralelamente a la PQ, en un sentido opuesto al de esta última.
Si se considera el caso en que la corriente KH se aleja de la PQ (fig. 505), se reconoce con facilidad que es arrastrada también paralelamente a ésta, pero en un mismo sentido.
Podemos pues consignar este principio general: Una corriente finita móvil, que se acerca a otra fija indefinida, es solicitada para que se mueva en una dirección paralela y opuesta a la de la fija; y si la móvil se separa de ésta, es solicitada también para moverse paralelamente a la misma, pero en el propio sentido.
Síguese de aquí que, siendo móvil una corriente vertical alrededor de un eje XY paralelo a su dirección (fig. 506 y 507), cualquiera otra horizontal PQ produce por efecto hacer girar a aquélla, hasta que el plano del eje y de la corriente sea paralelo a PQ, deteniéndose la corriente vertical, con relación a su eje, hacia el lado de donde viene la corriente PQ (fig. 506), o hacia el lado al cual se dirige (fig. 507), según sea la corriente vertical descendente o ascendente; es decir, según se acerque o se desvíe de la horizontal.
Dedúcese también del principio anterior, que un sistema de dos corrientes verticales, que gira en conjunto alrededor de un eje vertical (fig. 508 y 509), se encuentra dirigido por una corriente horizontal PQ en un plano paralelo a la misma, cuando una de las dos corrientes verticales es ascendente, y descendente la otra (fig, 508); pero si ambas son descendentes (fig. 509), o ambas ascendentes, no reciben dirección alguna.
689. Acción de una corriente rectilínea indefinida sobre otra corriente rectangular o circular. -Fácilmente se reconoce que una corriente horizontal indefinida ejerce sobre otra rectangular móvil alrededor de un eje vertical (fig. 510) la misma acción directriz antes citada. En efecto, en vista de la dirección de las corrientes que marcan las flechas, la porción QY obra por atracción, no sólo sobre la parte horizontal YD (ley de las corrientes angulares), sino también sobre la vertical AD (ley de las corrientes perpendiculares, 688). La misma acción se verifica evidentemente entre las partes PY y las CY y BC. De consiguiente, la corriente fija PQ tiende a dirigir la rectangular móvil ABCD en una posición paralela a PQ, y tal que, en los alambres CD y PQ, sea el mismo el sentido de las dos corrientes.
Fácil es de demostrar este principio de un modo experimental colocando el circuito ABCDE sobre el aparato de dos columnas de la figura 498, y haciendo pasar por debajo una corriente algo intensa, que forme primero con él un ángulo más o menos agudo. Con todo, sería preferible hacer uso del circuito mismo de la fig. 494, que es astático (683), mientras que no lo es el de la fig. 510.
Todo cuanto acaba de decirse de la corriente rectangular de la figura 510, se aplica exactamente a la circular de la 511, comprobándose de igual manera por medio de la experiencia.
Rotación de las corrientes entre sí
690. Rotación de una corriente horizontal finita por otra rectilínea horizontal indefinida. -Las atracciones y repulsiones que ejercen entre sí las corrientes angulares pueden trasformarse fácilmente en movimiento circular continuo. Sea una corriente OA (figura 512), móvil alrededor del punto O, en un plano horizontal, y PQ otra indefinida, también horizontal. Dirigidas estas dos corrientes en el sentido de las flechas, es claro que, en la posición OA, la corriente móvil es atraída por la PQ, supuesto que ambas tienen la misma dirección. Llegada en la posición OA�, la corriente móvil es atraída por la porción NQ de la corriente fija, y repelida por la PN. Del mismo modo, en la posición OA�� es atraída por MQ y repelida por PN, y así sucesivamente; resultando de aquí un movimiento continuo de rotación en el sentido AA�A��A���... Si la corriente móvil, en vez de dirigirse de O a A, lo efectúase de A a O, sería fácil advertir que la rotación se efectuaría en sentido contrario. De consiguiente, por efecto de la corriente fija indefinida PQ, la corriente móvil OA tiende a girar con un movimiento continuo, en una dirección retrógrada a la de la fija.
Si permaneciendo horizontales las dos corrientes, la fija es circular en vez de rectilínea, fácilmente se reconoce que su efecto será el de producir un movimiento circular continuo. Sean, en efecto, dos corrientes situadas en un plano horizontal, una ABC (fig. 513) fija y circular, y la otra mn rectilínea y móvil alrededor del centro n. Dirigidas estas corrientes en el sentido de las flechas, se atraen en el ángulo nAC, porque van las dos hacia el vértice (686 1.�); y en el nAB, por el contrario, se repelen, por ir la una hacia el vértice y la otra en sentido contrario. Los dos efectos concurren, pues, para hacer girar al alambre mn de un modo continuo en el sentido ACB.
691. Rotación de una corriente vertical por otra circular horizontal. -Una corriente circular horizontal que actúa sobre otra rectilínea vertical, le imprime también un movimiento continuo de rotación. Sirve para demostrarlo el aparato de la fig. 514. Se compone de una vasija de cobre, alrededor de la cual se arrolla una lámina del mismo metal, cubierta de seda o de lana, y recorrida por una corriente fija. En el centro de la vasija existe una columna de latón a, terminada por una cápsula que contiene mercurio, y en la cual se introduce un eje que sostiene un alambre de cobre bb, encorvado en sus dos extremidades en dos ramas verticales, que van a soldarse con un anillo muy ligero de cobre que se sumerge en el agua acidulada de la vasija. Sentado esto, la corriente de una pila que llega por el alambre m, va a la lámina A, desde la cual, después de muchas circunvoluciones alrededor de la vasija, pasa a la lámina B, y de aquí, por debajo de la vasija, a la parte inferior de la columna a. Subiendo entonces por ésta, pasa por los alambres bb, por el anillo de cobre, por el agua acidulada y por las paredes de la vasija, hasta regresar a la pila por el alambre D. Cerrada así la corriente, principian a girar el circuito bb y el anillo en sentido contrario a la corriente fija, movimiento que depende evidentemente de la acción de la corriente circular sobre la corriente de las ramas verticales bb, como fácilmente se reconoce, pues atendiendo a las dos leyes de las corrientes angulares, la rama b de la derecha, es atraída por la porción A del circuito fijo, y la rama b, de la izquierda, lo es en sentido contrario por la porción opuesta. En cuanto a la acción de la corriente circular sobre la parte horizontal del circuito bb, concurre evidentemente para hacer girar en el mismo sentido, pero su acción puede despreciarse en razón a su distancia.
692. Rotación de los imanes por las corrientes. -Iguales movimientos de rotación que las corrientes hacen tomar a las corrientes, imprimen éstas a los imanes, hecho demostrado por primera vez por Faraday, mediante el aparato representado en la fig. 515. Consta este aparato de una ancha probeta de cristal casi completamente llena de mercurio. Hacia el centro del líquido se introduce un imán de unos 20 centímetros de longitud, y lastrado por su parte inferior con un cilindro de platino, según lo demuestra la figura en ab hacia la derecha de la misma. En la parte superior del imán se encuentra adaptada una capsulita de cobre que contiene mercurio, y a la cual se hace llegar la corriente por la varilla C. Entendido esto, al momento que la corriente, subiendo por la columna A, pasa al imán, de aquí al mercurio, y sale por la columna D, se ve girar al imán sobre sí mismo, alrededor de su eje, con una velocidad que depende de su potencia magnética y de la intensidad de la corriente.
Se explica este movimiento de rotación apoyándose en la teoría de Ampere, que daremos a conocer en breve, y según la cual son recorridos los imanes en sus contornos por una infinidad de corrientes circulares del mismo sentido, en planos perpendiculares al eje del imán (698). Supuesto esto, en el momento en que, en el experimento anterior, la corriente pasa del imán al mercurio, se divide, en la superficie de éste, en una infinidad de corrientes rectilíneas dirigidas desde el eje del imán al perímetro de la probeta; y como cada corriente de éstas obra sobre las corrientes del imán del mismo modo que en la figura 513, la corriente rectilínea mn actúa sobre la corriente circular CAB; es decir, que representando el círculo CAB una de las corrientes del imán, hay atracción en el ángulo nAC, y repulsión en el nAB, y por consiguiente, rotación continua del imán alrededor de su eje. Esta acción de la corriente se verifica tan sólo hacia la extremidad superior del imán; y si el polo austral está hacia arriba, como en el dibujo adjunto, la rotación se verifica de oeste a este, pasando por el norte. Si el polo austral está hacia abajo, cambia el sentido de la rotación, lo mismo que si se hubiese cambiado la dirección de la corriente.
En vez de hacer girar al imán sobre su eje, se le puede hacer girar alrededor de una recta paralela a este eje, disponiendo el experimento como lo manifiesta la figura 516. Finalmente, de una manera recíproca se hacen girar también las corrientes por la influencia de un imán enérgico.
Solenoides
693. Composición de un solenoide. -Se denomina solenoide un sistema de corrientes circulares iguales y paralelas, formadas por un mismo alambre de cobre cubierto de seda y replegado sobre sí mismo en espiral (fig. 517). Con todo, no es completo un solenoide si una parte BC del alambre no pasa por el eje en el interior de la hélice. Con esta disposición, cuando una corriente recorre el circuito, resulta de lo dicho acerca de las corrientes sinuosas (687), que la acción del solenoide, en el sentido de su longitud AB, queda destruida por la de la corriente rectilínea BC. Esta acción es, pues, nula en el sentido de la longitud, y de consiguiente, el efecto del solenoide equivale rigurosamente, en una dirección perpendicular al eje, al de una serie de corrientes circulares iguales y paralelas.
694. Acción de las corrientes sobre los solenoides. -Cuanto se ha dicho acerca de la acción de las corrientes rectilíneas fijas sobre las finitas, rectangulares o circulares (689), se aplica evidentemente a cada uno de los circuitos de un solenoide, y por lo mismo, toda corriente rectilínea debe tender a dirigir estos circuitos paralelamente a sí misma. Para comprobar experimentalmente este hecho, se construye el solenoide según indica la figura 518, de modo que se le pueda suspender por dos ejes sobre las capsulitas A y B del aparato representado en la figura 498. El solenoide es entonces muy móvil alrededor de un eje vertical, y si se dirige por la parte inferior, paralelamente a su eje una corriente rectilínea que pase al mismo tiempo por los alambres del solenoide, se nota que éste gira y se pone en cruz con la corriente; es decir, en una posición tal, que sus circunvoluciones son paralelas a la corriente fija, y además, en la parte inferior de cada uno de ellos tiene la corriente el mismo sentido que en el alambre rectilíneo.
Si en vez de hacer pasar horizontalmente una corriente rectilínea la parte inferior del solenoide, se efectúa verticalmente por el lado, se observa una atracción o una repulsión, según tengan en el alambre vertical y en la parte más próxima al solenoide, el mismo sentido o sentidos contrarios las dos corrientes.
695. Acción directriz de la tierra sobre los solenoides. -Suspendiendo de las capsulitas A y B del aparato de dos columnas (fig. 498) el solenoide de suspensión (fig. 518), y dirigiéndolo primero fuera del meridiano magnético, se observa que, luego que una corriente bastante enérgica pasa por el solenoide, se pone éste en movimiento, y se detiene en una dirección tal, que su eje es paralelo a la de la aguja de declinación (570). Además, en la parte inferior de las corrientes circulares que componen el solenoide, se dirige la corriente del este al oeste. La acción directriz de la tierra sobre los solenoides es, pues, la consecuencia de la que ejerce sobre las corrientes circulares (683).
En este experimento, por dirigirse el solenoide como una aguja imantada, se denomina polo austral, lo mismo que en los imanes, la extremidad que se dirige hacia el norte, y polo boreal la que lo efectúa hacia el sur.
696. Acciones mutuas de los imanes y de los solenoides. -Entre éstos y los imanes se manifiestan idénticamente los mismos fenómenos de atracción y de repulsión recíprocas que entre los imanes. En efecto, si se presenta a un solenoide móvil, y recorrido por una corriente, uno de los polos de una fuerte barra imantada, hay repulsión o atracción, según que los polos del imán y del solenoide que están en presencia tengan el mismo nombre o el contrario. Recíprocamente, el mismo fenómeno se verifica si se presenta a una aguja imantada móvil un solenoide cogido con la mano mientras se halla atravesado por una corriente. La ley de las atracciones y repulsiones de los imanes (559) se aplica, pues, exactamente a las acciones mutuas de los solenoides y de los imanes.
697. Acciones mutuas de los solenoides. -Cuando se hacen obrar entre sí dos solenoides atravesados por una corriente bastante poderosa, uno cogido en la mano y el otro móvil alrededor de un eje vertical que pase por su centro de figura (fig. 519), se observan, entre las extremidades de estos dos solenoides, fenómenos de atracción y de repulsión idénticos a los que ofrecen entre sí los polos de los imanes. Estos fenómenos se explican por la dirección relativa de las corrientes en las extremidades que están en presencia (685).
698. Teoría de Ampere sobre el magnetismo. -Fundándose Ampere en la analogía que media entre los solenoides y los imanes, dio una ingeniosa teoría, por medio de la cual entran los fenómenos magnéticos en el dominio de la electro-dinámica.
En vez de atribuir los fenómenos magnéticos a la existencia de dos fluidos (560), buscó su causa Ampere en corrientes voltaicas circulares que deben existir alrededor de las moléculas de las sustancias magnéticas. Cuando estas sustancias no están imantadas, se efectúan en todos sentidos las corrientes moleculares, y es nula la resultante de sus acciones electro-dinámicas.
En los imanes, por el contrario, siendo paralelas todas las corrientes moleculares y guardando la misma dirección, sus acciones concordantes tienen una resultante que equivale a una corriente única dirigida circularmente en la superficie del imán (fig. 520), de suerte que los imanes no son más que solenoides, y las atracciones y repulsiones magnéticas, una consecuencia de las acciones de las corrientes sobre las corrientes.
Finalmente, en esta teoría, para explicar los efectos terrestres magnéticos, se admite la existencia de corrientes eléctricas que circulan sin cesar alrededor de nuestro globo, del este al oeste, perpendicularmente al meridiano magnético. Por su naturaleza vendrían a ser corrientes termo-eléctricas (734) originadas por las variaciones de temperatura que resultan de la presencia sucesiva del sol en los diferentes puntos de la superficie del globo, del oriente hacia el occidente.
Estas corrientes son las que dirigen las agujas de las brújulas y dan a los minerales de hierro una imantación natural, siendo origen también, por último, de la acción de la tierra sobre las corrientes horizontales y verticales (681 y 682), acción que ahora se explica sin dificultad por lo que se ha dicho de la acción de una corriente horizontal indefinida sobre las horizontales y verticales (689 y 690).
Capítulo V
Imantación por las corrientes; electro-imanes; telégrafos eléctricos
699. Imantación por las corrientes. -En vista de la influencia que ejercen las corrientes sobre los imanes, desviando el polo austral hacia la izquierda y el boreal hacia la derecha, es de suponer que, obrando sobre las sustancias magnéticas en el estado natural, deben tender las corrientes a separar los dos fluidos magnéticos. Obsérvase en efecto, que introduciendo un alambre, recorrido por una corriente, en limaduras de hierro, se adhieran éstas abundantemente, volviendo a caer apenas cesa la corriente, mientras que es nula la acción en la limadura de cualquier otro metal no magnético.
La acción de las corrientes sobre las sustancias magnéticas es particularmente sensible cuando se arrolla, según lo hizo Ampere, un alambre de cobre cubierto de seda alrededor de un tubo de vidrio, y se coloca en éste una barra no imantada de acero. Se nota que basta que cruce una corriente al alambre, aun por muy poco tiempo, para que quede fuertemente imantada la barra.
Si, en vez de hacer cruzar el alambre por la corriente de la pila, se hace pasar por él la descarga de una botella de Leyden, poniendo en comunicación uno de los extremos con la armadura exterior, y el otro con la interior, se nota también que se imanta la barra. Puede imantarse igualmente, pues, por la electricidad voltaica y por la de las máquinas.
En el experimento anterior, puede arrollarse el alambre de izquierda a derecha por encima, y entonces se tiene una hélice dextrórsum (fig. 521), o bien de izquierda a derecha por debajo, y se tiene una hélice sinistrórsum (fig. 522). En la primera, el polo boreal de la barra está siempre en la extremidad por donde entra la corriente, aconteciendo lo contrario en la segunda.
La naturaleza del tubo en el cual se arrolla la hélice, no deja de tener su influencia; pues si bien no ejercen efecto alguno la madera y el vidrio; sin embargo el cobre puede destruir por completo el efecto de la corriente. Lo propio sucede con el hierro, la plata y el estaño.
Por lo demás, si se desea imantar una barra de acero la electricidad, no es preciso colocarla en un tubo (fig. 521 y 522), pues basta rodearla en toda su longitud por un alambre de cobre cubierto de seda, a fin de aislar entre sí las circunvoluciones del alambre. De esta suerte se multiplica la acción de la corriente cuando se la hace pasar por el alambre, bastando una poco intensa para obtener un fuerte grado de imantación.
En virtud de numerosos experimentos efectuados por de Haldat, un cilindro de hierro dulce, hueco, por delgada que sea su cubierta, adquiere, en el interior de una hélice recorrida por una corriente, sensiblemente la misma intensidad magnética que un cilindro macizo de iguales dimensiones. Dedujo de aquí de Haldat que en los imanes el magnetismo reside por completo en la superficie, no ejerciendo apenas influencia alguna su masa.
700. Electro-imanes. -Denomínanse electro-imanes unas barras de hierro dulce que se imantan por la influencia de una corriente voltaica, pero sólo temporalmente, porque siendo inapreciable la fuerza coercitiva del hierro dulce (563), se neutralizan los dos fluidos magnéticos cuando no pasa la corriente. Con todo, si el hierro no es perfectamente puro, conserva vestigios más o menos sensibles de imantación. Se disponen los electro-imanes en forma de herradura (fig. 523), y se arrolla muchísimas veces en las dos ramas un mismo alambre de cobre cubierto de seda, de modo que forme dos carretes huecos A y B. El alambre debe arrollarse en éstos en sentido contrario, a fin de que las dos extremidades de la barra sean dos polos de nombre contrario.
Numerosas investigaciones se han efectuado con objeto de determinar las condiciones necesarias para obtener electro-imanes de la mayor potencia posible, y apreciar la influencia ejercida por las dimensiones del hierro en forma de herradura, por el diámetro y número de vueltas del alambre conductor, y finalmente, por la intensidad y origen de la corriente que recorre este alambre. Aunque entre los resultados obtenidos hasta ahora no haya habido siempre la concordancia que es de desear, se admite, en general, que las mejores condiciones que han de observarse son las siguientes:
1.� El hierro de la barra debe ser lo más dulce posible, cualidad que, no solamente depende de su grado de pureza, sino también del sistema aceptado para su preparación, porque debe recocerse muchas veces, teniendo cuidado de enfriarle muy lentamente.
2.� Como la forma y las dimensiones de la barra modifican su potencia magnética, resulta de los trabajos de MM. Lentz, Jacoby, Muller, Dub Y Niklès, que siendo iguales las demás condiciones, la longitud de las ramas de un electro-imán no ejerce influencia sobre el peso que puede sostener, cuando la barra está encorvada en forma de herradura, y en ambos carretes se han arrollado los alambres en sentidos contrarios; pero si la barra es rectilínea no formando más que un sólo carrete, o si, teniendo la forma de herradura, los dos carretes están arrollados en el mismo sentido, el poder atractivo aumenta con la longitud de la barra. En cuanto al grosor del cilindro de hierro dulce, el doctor J. Dub ha encontrado recientemente que la potencia de un electro-imán para hacer desviar la aguja imantada es proporcional a la raíz cuadrada del diámetro de este cilindro, y que, si se trata de sostener pesos, es proporcional al mismo diámetro. Finalmente, para corrientes intensas, la potencia de un electro-imán aumenta con la separación de los carretes. �En general, dicen los señores Becquerel en su Tratado de electricidad, hay que atenerse a las dimensiones siguientes: la longitud de cada rama envuelta de alambre varía entre 2 veces y media y 4 veces el diámetro de la barra de hierro; la separación de las ramas en el interior tiene de 1 y media a 2 vece el diámetro del hierro; en cuanto a la longitud del alambre arrollado, depende de los efectos que se traten de producir, y se envuelven comúnmente las dos ramas hasta que los carretes de cada lado se toquen por las últimas vueltas del alambre.
3.� Para corrientes poco enérgicas, se admite que en igualdad de circunstancias, la intensidad magnética del electro-imán es proporcional al número de vueltas del alambre; pero esa ley no se puede admitir más que hasta cierto límite, puesto que la potencia magnética de todo imán tiene un máximum que corresponde al punto de saturación. Por lo demás, la longitud del alambre, y por consiguiente el número de vueltas, varía con los efectos que quieren obtenerse. Si se trata de construir un electro-imán destinado a sostener pesos considerables, debe hacerse uso de una pila de gran superficie, y escoger un alambre de 1 a 3 o 4 milímetros de diámetro, lo cual se opone a que efectúe un número de vueltas muy considerable. Por el contrario, si se tiene una corriente débil, como en la telegrafía eléctrica, se emplea un alambre muy largo y de pequeño diámetro, a fin de obtener un número notable de vueltas, aumentando de esta suerte la potencia del electro-imán.
En breve veremos las numerosas aplicaciones que se han efectuado de los electro-imanes en telégrafos eléctricos, en los motores electromagnéticos, en los relojes eléctricos y en el estudio de los fenómenos diamagnéticos.
701. Movimiento vibratorio y sonidos producidos por las corrientes. -Cuando una barra de hierro dulce se imanta por la influencia de una fuerte corriente eléctrica, origina un sonido muy pronunciado, que varía según la longitud de la barra, pero que no es producido más que en el acto de cerrarse o de interrumpirse la corriente. Este fenómeno, que observaron primeramente M. Page en América y M. Delezenne en Francia, ha sido estudiado particularmente por M. de la Rive, quien lo atribuye a un movimiento vibratorio de las moléculas de hierro por efecto de una rápida sucesión de imantaciones y de desimantaciones.
Interrumpiendo y restableciendo la corriente a intervalos muy cortos, observó este último físico que, sea cual fuere la forma o el tamaño de las barritas de hierro dulce, se distinguen siempre dos sonidos, a saber: uno, que es musical, corresponde al que daría la barra vibrando trasversalmente, y el otro, que consiste en una serie de golpes secos, correspondientes a las alternativas de la corriente lo compara M. de La Rive al ruido de la lluvia que cae sobre un techo metálico. El sonido más fuerte, añade, es el que se obtiene tendiendo sobre una mesa armónica alambres de hierro dulce de 1 a 2 milímetros de diámetro, bien recocidos, y de 1 a 2 metros de longitud. Dispuestos estos alambres en el eje de uno o de muchos carretes atravesados por corrientes poderosas, producen un conjunto de sonidos cuyo efecto es sorprendente y muy parecido al de varias campanas, cuando vibrando juntas, se oyen a lo lejos.
M. de La Rive ha obtenido también los mismos sonidos haciendo pasar la corriente discontinua, no ya por carretes cubiertos de los alambres de hierro, sino en estos mismos. El sonido musical es entonces en general, más fuerte y más sonoro, que en el primer experimento citado.
La hipótesis de un movimiento molecular en los alambres de hierro, en el momento de su imantación y de su desimantación, ha sido confirmada por las investigaciones de M. Wertheim, al descubrir que los alambres pierden en tal caso su elasticidad, y por las de M. Joule, que ha consignado que disminuye el diámetro de los alambres aumentando su longitud.
Telégrafos eléctricos
702. Diferentes sistemas de telégrafos eléctricos. -Los telégrafos eléctricos constituyen los aparatos que sirven para transmitir señales a grandes distancias, por medio de corrientes voltaicas que se propagan por alambres metálicos de grande longitud. Desde el siglo pasado habían propuesto muchos físicos, el poner en comunicación puntos distantes por medio de los efectos que produce la electricidad de las máquinas eléctricas, cuando se propaga por alambres conductores aislados.
En 1811 ideó Soemmering un telégrafo fundado en el empleo, como medio indicador, de la descomposición del agua por la pila. En 1820, en una época en que no se conocía el electro-imán, Ampere, apoyándose en el experimento de Oersted (675), propuso la correspondencia por medio de agujas imantadas, por encima de las cuales se dirigía una corriente, haciendo uso de tantas agujas y de tantos alambres cuantas son las letras del alfabeto. En 1837, M. Steinheil, en Munich, y M. Wheatstone en Londres, construían telégrafos de muchos alambres, cada uno de los cuales actuaba sobre una aguja imantada, siendo el foco de la corriente un aparato electro-magnético de Clarke, o una pila de corriente constante. Pero el telégrafo no podía adquirir toda la apetecible sencillez sin el uso de electro-imanes, que es el sistema que en 1840 adoptó M. Wheatstone.
Sin dejar de conservar el mismo principio, varió mucho la forma de los telégrafos eléctricos; pero todos pueden referirse a los cuatro que siguen, que vamos a describir sucesivamente: el telégrafo de cuadrante, el de señales, el que escribe o marca y el electro-químico.
703. Telégrafo de cuadrante. -Se conocen muchas especies de telégrafos de cuadrante; pero el de las figuras 524 y 525 es el que construye M. Froment. Este aparato, aunque destinado a la demostración, reposa sobre el mismo principio que el de los que establecen en los caminos de hierro. Consta, como éstos, de dos aparatos, que son, el manipulador, que trasmite las señales (fig. 524), y el receptor, que las recibe (fig. 525). El primero comunica con una pila de carbón Q, los dos se enlazan por medio de dos alambres, de hierro o de cobre, que van, el uno, AOD (fig. 524), de la estación de partida a la de término, y el otro, HKLJ (fig. 525), de ésta a aquélla. Por último, cada aparato posee un cuadrante con todas las letras del alfabeto, sobre el cual se mueve la aguja. La mano del experimentador es quien hace girar la aguja de la estación de partida, y la electricidad la de la estación final.
Sabido esto veamos cuál es la marcha de la corriente en los dos aparatos y los efectos que produce. De la pila se dirige la corriente, por un alambre de cobre A (fig. 524), a una lámina de latón N en contacto con una rueda metálica R; pasa a una segunda lámina M, y luego al alambre O que conduce a la otra estación. Allí se dirige la corriente por el carrete de un electro-imán b, oculto en la figura 525, pero visible de perfil en la 526, que dibuja la parte posterior del aparato. Este electro-imán se fija horizontalmente por una extremidad, y por la otra atrae una armadura de hierro dulce a, que forma parte de una palanca angular móvil alrededor de su punto de apoyo o, mientras que un muelle espiral r actúa sobre la misma palanca en sentido contrario.
Cuando pasa la corriente, el electro-imán atrae la palanca aC, la cual, por medio de un vástago i, actúa sobre otra palanca d, sujeta a un eje horizontal y enlazada a su vez con una horquilla F. Cuando se interrumpe la corriente, el resorte r hace retroceder la palanca aC, y con ella todas las piezas que dependen de la misma; de aquí resulta un movimiento de vaivén que se comunica a la horquilla F, la cual lo trasmite a la rueda de linguete G, cuyo eje conduce la aguja indicadora. En virtud de la inclinación de sus dientes es arrastrada siempre la rueda G en el mismo sentido por la horquilla, circunstancia indispensable.
Para darse cuenta de las intermitencias del electro-imán, es preciso referirse a la figura 524. La rueda R cuenta 26 dientes, 25 de los cuales, corresponden a las letras del alfabeto, y el último al intervalo que media entre las letras A y Z. Cuando, cogiendo con la mano el botón P, se hace girar la rueda R, la extremidad de la lámina N, por efecto de su curvatura, está siempre en contacto con los dientes; y la M, por el contrario, se halla dispuesta de modo que hay sucesivamente contacto y solución de continuidad. De consiguiente, establecidas las comunicaciones con la pila, si se hace avanzar cuatro letras por ejemplo la aguja P, la corriente pasa cuatro veces de N a M, y cuatro veces permanece interrumpida. Por lo tanto, el electro-imán de la estación de término se habrá vuelto cuatro veces atractivo, y otras tantas habrá dejado de serlo. Por último, la rueda G habrá corrido cuatro dientes, y como cada uno de éstos corresponde a una letra, las agujas de ambas estaciones recorrerán igual número de letras. La pieza S de las dos estaciones es una lámina de cobre, móvil sobre una charnela, que sirve para interrumpir o para cerrar la corriente cuando se quiera producir uno u otro de estos efectos.
En vista de lo expuesto, fácilmente puede comprenderse cómo se establece la comunicación entre las estaciones. Supongamos, por ejemplo, que el primer aparato (fig. 524) está en París y el segundo en el Havre, y que establecida ya la comunicación entre ambos por dos alambres, se desee transmitir a la última ciudad la palabra señal: correspondiendo las agujas en cada aparato al intervalo que hay entre las letras A y Z, la persona que trasmite el parte hace avanzar la aguja P hasta la letra S, en donde se detiene muy poco; la aguja del aparato del Havre, que reproduce fielmente los movimientos de la de París, se para en la misma letra, la cual anota la persona que recibe el parte. La de París continúa girando en el mismo sentido, detiene la aguja en la letra E, e instantáneamente la segunda aguja se fija delante de la misma letra; y siguiendo así del mismo modo respecto a las letras N, A, L, queda al momento trasmitida al Havre la misma palabra.
Para llamar la atención de la persona a quien se escribe, se fija en la estación de término un movimiento de relojería provisto de un timbre que debe introducirse en la corriente siempre que se suspende la correspondencia. Un fiador, movido por el electro-imán, pone en acción dicho movimiento apenas pasa la corriente, indicando así que va a comunicarse un parte. Además, cada estación debe poseer dos aparatos como los de las figuras 524 y 525, pues de lo contrario serían imposibles las contestaciones.
Hemos supuesto que la corriente que iba de París al Havre por un alambre, regresaba de igual manera del Havre a París por un segundo alambre. Este último es inútil, pues la experiencia ha demostrado que comunicando el polo positivo de la pila, en París, con el aparato, y el negativo con el suelo, basta que el alambre que va al Havre, se ponga, en dicha ciudad, en íntima comunicación con el suelo. Se admite, generalmente, que queda cerrado entonces el circuito por la tierra, por la cual regresa la corriente del Havre a París. El abate Moigno critica justamente esta hipótesis en su Tratado de telegrafía eléctrica. Difícil es, en efecto, concebir que, llegada al Havre la corriente, que tiende por su naturaleza a dispersarse en todas direcciones, elija precisamente la que la vuelve a conducir a la pila de donde partió. Moigno admite que la tierra, funcionando aquí como depósito, absorbe, en las dos extremidades libres de los alambres, las electricidades que les envía la pila, resultando así en el alambre la misma corriente continua que si se tocasen sus dos extremidades.
704. Telégrafo eléctrico de señales. -En vez de los telégrafos eléctricos de alfabeto (703), la administración de las líneas telegráficas de Francia ha adoptado un telégrafo eléctrico, cuyos signos son idénticos a los que hace más de 60 años se usan en el telégrafo óptico de Chappe. Este telégrafo, cuyo principio es el mismo que el de alfabeto, y que ha sido construido por M. Bréguet, se compone también de un manipulador y de un receptor para estación; pero en cada aparato es doble el mecanismo, es decir, que consta realmente de dos manipuladores y de dos receptores.
En el primer plano del aparato (fig. 528) hay dos columnas de cobre, cada una de las cuales posee un disco metálico con ocho muescas y con un manubrio en su centro. Cada columna, con todas sus piezas, constituye un manipulador. En el segundo plano existe una caja de caoba que contiene al receptor, y cuyos pormenores, que vamos a describir, pueden verse en la figura 527. En la cara anterior de la caja se ve una placa blanca, que tiene trazada una faja negra m, fija, en cuyas extremidades hay dos radios negros, móviles x e y, destinados a servir de índices según el ángulo que formen con la señal fija m. No es continuo el movimiento de estos índices, sino que se efectúa por intermitencias de 45 en 45 grados, de suerte que cada uno de ellos puede ocupar ocho posiciones alrededor de su centro. Las ocho posiciones de un índice, combinadas con las ocho del otro, dan, pues, origen a sesenta y cuatro combinaciones que constituyen otras tantas señales. Con todo, como para cada índice tienden a confundirse los dos signos horizontales, no se utiliza más que una de dichas posiciones, de modo que sólo quedan para cada uno siete señales, que, combinadas, no procuran más que cuarenta y nueve signos distintos. Se mueve cada índice por medio de un movimiento de relojería, situado en el interior de la caja, y por un electro-imán cuyos carretes están atravesados por una corriente que llega del punto desde el cual se recibe el parte. Supondremos también las mismas poblaciones de París y del Havre, del ejemplo anterior.
La corriente que sale de París, entra por A (fig. 527), va por una lámina de cobre a a un electro-imán que sirve de motor a uno de los índices móviles, el x, por ejemplo, situado exteriormente sobre la placa blanca de la caja (fig. 528). Siempre que pasa la corriente por el electro-imán, atrae éste una armadura de hierro dulce m, (fig. 527), que trasmite su movimiento a una palanca b, en la cual está sujeta; pero apenas se interrumpe la corriente, cesando la atracción del electro-imán, es repelida la armadura m a su primera posición por un resorte que existe en la parte superior de la palanca b. A cada paso y a cada interrupción de la corriente, produce, por lo tanto, la palanca b una oscilación, la cual se trasmite a una paletita doble c, fija en un eje horizontal, que cuenta en su otra extremidad con una paleta semejante k, cuyas dos ramas están un poco separadas entre sí en el sentido del eje, formando además entre sí cierto ángulo, cuya disposición constituye un áncora. Finalmente, debajo de la paleta k hay una rueda de áncora o, de cuatro dientes, movida por un movimiento de relojería representado en la parte inferior de dicha rueda.
Conocidas estas trasmisiones de movimiento, fácil es darse cuenta del modo cómo el doble mecanismo de la fig. 527 imprime traslaciones sucesivas de 45 grados a los índices x e y (fig. 528), fijos, uno de ellos, en la rueda de áncora de uno de los mecanismos, y el otro en la del segundo. En efecto, no pasando la corriente, un diente de la rueda o choca contra la rama de la derecha de la paleta A, y la rueda no puede girar; mas luego que circula la corriente, oscila la paleta y principia a girar la rueda de áncora, pero tan sólo de un semi-diente, o sean 45 grados, porque el diente que sigue da en seguida contra la segunda rama de la paleta. A un segundo movimiento de la palanca b, que se produce al momento que se interrumpe la corriente, la primera rama de la paleta recobra su posición inicial y pasa por segunda vez el diente que acababa de detener la otra rama, y así sucesivamente para cada diente, de lo cual resultan las detenciones sucesivas de las ruedas de áncora y de los índices x e y, de 45 en 45 grados.
Todo lo que acabamos de relatar acontece en la estación en la cual se recibe el parte, que suponemos es el Havre. Réstanos dar a conocer cómo se producen en el punto de partida las intermitencias de la corriente por medio del manipulador. Refiriéndonos al grabado 528, sólo consideraremos el manipulador de la izquierda. Al llegar la corriente de una pila por el alambre P, pasa a una pieza metálica b, que está aislada del resto del aparato por una placa de marfil, pero que momentáneamente puede ponerse en contacto, como se ve en el dibujo, con un pequeño martillo metálico que hay en la parte inferior de la palanca p. Subiendo entonces la corriente por esta palanca, baja por la columna, desde la cual pasa al alambre N, que la conduce hasta el electro-imán del receptor del Havre, marchando dicho alambre, sin solución de continuidad, de la estación de partida a la de llegada. Se obtienen las interrupciones de la corriente haciendo oscilar la palanca p, por medio de un manubrio R y de diferentes piezas situadas en la parte superior de la columna. La primera de estas piezas es un platillo circular D, fijo, y en cuyo contorno existen ocho muescas, en las cuales se introduce sucesivamente un diente de acero colocado en la parte posterior del manubrio, a medida que se le va dando vuelta. Estas muescas, que dividen la circunferencia del platillo en ocho arcos iguales de 45 grados, sirven para regular el curso del manubrio de 45 en 45 grados. Ahora bien; cuando se hace girar aquél, se trasmite su movimiento a un segundo platillo C, sobre el cual se aplica un excéntrico S. Sobre este excéntrico se apoya una piececita v que sirve de guía a una palanca móvil r. Oscilando ésta alternativamente hacia la derecha o hacia la izquierda, por efecto de la presión que ejerce el excéntrico sobre v, trasmite su movimiento al eje A, a la palanca p y al martillo oscilante; y de aquí resulta, por efecto de la forma del excéntrico, que durante una revolución completa del manubrio hiere el martillito cuatro veces la pieza b, y otras tantas la a, y por lo tanto, pasa la corriente cuatro veces y queda interrumpida igual número en el electro-imán del receptor que hay en el Havre. Por lo mismo, la palanca b (fig. 527) da ocho oscilaciones, y el índice x, que le corresponde, efectúa ocho movimientos de 45 grados cada uno.
El receptor de París actúa de la misma manera, por medio de la corriente que viene del Havre, pero en este caso, el martillito oscilante debe tocar la pieza a. Llegando entonces la corriente del Havre por el alambre N, sube por la columna, baja por la palanca p, pasa por la pieza a, y de allí es conducido por un alambre de cobre k, al electro-imán de la caja.
Dos llaves oo sirven para montar los movimientos de relojería, y dos cuadrantes z, de los cuales uno tan sólo es visible en la figura, y para hacer girar una polea x (fig. 527), a fin de regular, por medio de un alambre, el resorte que actúa sobre la palanca b.
705. Telégrafo de teclado. -Para facilitar el manejo del telégrafo de cuadrante (703), se le han adaptado varias teclas semejantes a las de los pianos, y cada una de las cuales representa una letra del alfabeto. Estas teclas sirven para interrumpir o para dejar pasar la corriente. Por medio de este mecanismo, puede una persona poco práctica, transmitir las palabras con suma rapidez.
La figura 529 representa un aparato de esta clase, inventado y construido por M. Froment, el cual funciona con suma precisión, sirviendo al mismo tiempo de manipulador y de receptor, en uno de los extremos de la línea telegráfica; en el otro desempeña iguales funciones un segundo aparato, enteramente análogo. Supongamos, por ejemplo, que el primero se encuentre, en París, el segundo en Rouen, y que los dos alambres pongan en comunicación ambas estaciones.
Puesto en París el aparato de la figura 529, la corriente de la pila entra en b, atraviesa el aparato, en el cual se interrumpe cuando se desea, por medio de las teclas y de un mecanismo especial; sale luego por b� y va al receptor de Rouen. Este receptor consiste, lo mismo que el de París, en un cuadrante vertical A con 26 letras, una cruz y una flecha, y las 28 teclas. En la caja que contiene este cuadrante, existe un electro-imán que, por un mecanismo análogo al descrito en la figura 526, trasmite el movimiento a una aguja móvil sobre el cuadrante. En fin, detrás de la caja se halla el timbre de un reloj C, en el cual choca un martillito movido por un electro-imán especial, que recibe la corriente antes de que pase por el de la aguja. Esta trasmisión de la corriente en un imán o en otro, se opera por medio del manipulador que vamos a describir.
Consta éste, en primer lugar, de 28 teclas de marfil movibles, con una cruz encima de la primera, una flecha en la última, y las letras del alfabeto en las restantes; además, las teclas de las diez primeras letras llevan escritas también las diez cifras de la numeración decimal.
Más allá de las teclas, en un platillo de madera horizontal, se ven un cuadrante B y dos piececitas m y n móviles, y que, por medio de una varilla, pueden ponerse en comunicación con las piezas s y r, q y p. El cuadrante B no es más que un comprobador: su aguja debe indicar siempre la misma letra que la última tecla acaba de mover; si no sucede así, es que ha funcionado mal el aparato, y que se ha cometido un error en la trasmisión del parte. La pieza m en contacto con s sirve para la trasmisión de París a Rouen, y en contacto con r para recibir el despacho del último al primer punto, poniendo en marcha la aguja del cuadrante A. De igual manera, la pieza n en contacto con q indica las señales, hace actuar el timbre de Rouen, y en contacto con p recibe las señales de llamada, es decir, hace funcionar al electro-imán del timbre C por la corriente que llega de Rouen, manifestando así que se va a transmitir una parte. Todas las piezas visibles en la figura 529 ya se han descrito, y por lo tanto, sólo debemos detallar el mecanismo interior que hace mover las teclas.
Este mecanismo (fig. 530), representado en mayor escala, consta de una placa de cobre V que sustenta las teclas, y un movimiento de relojería P. Para no confundir el dibujo, no representamos más que cuatro teclas, las de las letras C, D, Q, R. El movimiento de relojería, por una serie de ruedas dentadas, tiende a hacer girar la rueda r y el árbol horizontal a; pero éste va sujeto a una rueda de linguete G, retenida por el linguete m, de modo que no puede girar sino cuando éste se levanta: a este efecto, la pieza m se halla enlazada con una lámina horizontal n, la cual, siempre que desciende, hace girar el linguete m alrededor de un punto de apoyo, dejando libre la rueda G. La lámina n, que recibe su movimiento de las teclas, forma un paralelogramo con una segunda varilla F, por medio de las articulaciones SS, de modo que no puede bajar sino paralelamente a sí misma. Cuando no actúan ya las teclas sobre la lámina n, un resorte E, que obra sobre la varilla F, hace subir de nuevo la lámina.
Llegando la corriente de la pila por el alambre A, toca a una lámina metálica i, aislada sobre un pie de marfil y en contacto con una rueda o de 28 dientes: cuando toca uno de éstos, pasa la corriente por la rueda o, que es metálica, y de aquí por todo el aparato, enteramente de metal, para salir por el alambre H y recorrer la línea telegráfica hasta Rouen; pero cuando la lámina i no toca los dientes, no pasa la corriente, de suerte que, durante una revolución completa de la rueda o, pasa aquélla 28 veces y queda otras tantas interrumpida; resultando así, que en Rouen el electro-imán del receptor ha hecho correr la aguja 28 divisiones sobre su cuadrante.
Sólo nos resta ya explicar cómo, por medio de las teclas, se obtiene el número necesario de interrupciones para hacer avanzar la aguja del receptor de Rouen un número determinado de letras, por ejemplo de E a D. Existe, al efecto, debajo de las teclas una varilla horizontal aa, de acero, en la cual van implantados 28 dientes o levas de acero también, que la rodean en hélice, cual si fuera un tornillo, y dividen la circunferencia de la varilla en 28 arcos iguales, como lo efectúan los dientes de la rueda O. Finalmente, debajo de las 28 teclas hay en una fila rectilínea, paralela a la varilla a, 28 puntas de acero que corresponden a cada uno de los dientes, anteriores. Estas puntas chocan con los dientes de la varilla cuando bajan las teclas; pero al subir éstas pasan libremente los dientes, de suerte que la varilla puede pararse en 28 puntos de su completa rotación por medio de la presión de las 28 teclas.
Fácil es darse cuenta ahora del mecanismo del aparato. Si se quiere, por ejemplo, transmitir un parte de París a Rouen, se principia por hacer girar la pieza n (fig. 529) sobre el contacto q, y luego, bajando una tecla cualquiera, pasa la corriente y pone en acción la campanilla de Rouen, pronta siempre a recibir la señal de atención. Poniendo nuevamente la pieza n sobre el contacto p, que conduce la corriente al electro-imán del timbre C, se aguarda a que lo haga sonar Rouen, dando a entender así que está todo dispuesto. Entonces, el encargado en esta última ciudad pone la pieza sobre el contacto r, y el de París la misma pieza sobre el contacto s que sirve para la trasmisión. Supongamos que se trata de escribir la palabra FRANCIA: se apoya el dedo sobre la tecla F, y levantándose el linguete m (530), el movimiento de relojería hace girar la rueda G y la varilla a hasta que el diente de ésta, que corresponde a dicha tecla, vaya a chocar contra el topecito que hay debajo. Como la letra F es la sexta, la rueda O ha de correr seis dientes, resultando de aquí que seis veces ha pasado la corriente, y otras tantas se ha interrumpido, y que, por lo tanto, el electro-imán de Rouen ha hecho avanzar seis letras a la aguja. Ésta, que se hallaba primero sobre la cruz, está ahora sobre la letra F. Bajando actualmente en París la letra R, la rueda O gira doce dientes, y la aguja de Rouen avanza doce letras, es decir, se para en R, y así sucesivamente para toda la palabra. Al fin de cada una de éstas, se baja la tecla marcada con la cruz.
Para transmitir números en cifras, se baja primero la tecla de la flecha, y luego sucesivamente las de las cifras que han de trasmitirse, bajando luego la marcada con la cruz para indicar que terminó el número.
706. Telégrafo eléctrico marcador o escribiente de Morse. -Los telégrafos eléctricos de cuadrante y de señales, que acabamos de describir uno dejan el menor vestigio de los partes trasmitidos, y si se han cometido algunas erratas al copiar los signos, no es fácil rectificarlas. No ofrecen estos inconvenientes los telégrafos escribientes o marcadores, que trazan por sí mismos los signos en una tira de papel, a medida que se trasmiten.
Se conocen muchos telégrafos de este género; pero el de M. Morse, adoptado en un principio en la América del Norte, lo ha sido sucesivamente en Europa. En este aparato deben estudiarse tres mecanismos distintos, que son el receptor, el manipulador y el reemplazo. Las figuras 531, 532 y 533 representan estos tres órganos, según los dibujos que se han sacado en los talleres de los señores Mouilleron y Gaussin, distinguidos constructores de aparatos telegráficos.
Receptor. -Consideremos este órgano completamente aislado (figura 531), prescindiendo por un momento de las piezas accesorias G y T, situadas a la derecha del dibujo. La corriente que llega al receptor, entrando por el alambre C, pasa al electro-imán E: éste, siempre que pasa la corriente, atrae una armadura A, fija en el extremo de una palanca horizontal, móvil alrededor del punto x. En el extremo opuesto de esta palanca existe un punzón o estilete o que sirve para escribir los signos, para lo cual una larga tira de papel grueso se introduce entre dos rodillos de cobre de superficie rugosa y que giran en sentido contrario haciendo las veces de un laminador. Tirada de esta suerte la tira de papel en el sentido que indican las flechas, va a envolverse sobre un segundo tambor Q, que se hace girar a mano, aplicando la acción de ésta a un manubrio. Un movimiento de reloj, situado en la caja BD, es el que hace andar los rodillos entre los cuales pasa la tira de papel.
Cuando adquiere ésta un movimiento continuo, lo cual acontece siempre que funciona el electro-imán, el punzón o oprime el papel, y sin agujerearlo, origina en él una impresión cuya forma varía según el tiempo que ha permanecido el estilete en contacto con el papel. Si el contacto sólo es instantáneo, origina un solo punto (.); pero si es aquél de alguna duración, marca una línea más o menos prolongada (-). De esta suerte se puede, haciendo pasar la corriente en la estación de partida, durante un intervalo más o menos prolongado, originar, según se desee, en la estación de término, una línea o un punto, y por lo tanto, combinaciones distintas con estos dos elementos. Conseguido esto, sólo falta dar a dichas combinaciones una significación determinada, lo cual se ha obtenido representando las letras del alfabeto por las siguientes combinaciones:
| Un punto y una línea (.-) representan la letra | A | ||
| Una línea y tres puntos (-...) | B | ||
| Tres puntos (...) | C | ||
| Una línea y dos puntos (-..) | D, |
y así sucesivamente, hasta combinar palabras y frases, procurando dejar un espacio blanco entre cada letra.
Manipulador. -Consta este órgano de una pequeña plancha de caoba, que sirve de soporte a una palanca metálica ab (fig. 532), movible en su centro sobre un eje horizontal, y cuyo extremo a tiende siempre a elevarse por efecto de un resorte situado en su parte inferior, de manera que sólo al apoyar el dedo sobre la tecla B, es cuando desciende la palanca, tocando al botón x. Finalmente, alrededor de la plancha existen tres roldanas que se encuentran en comunicación, una con el alambre P, que viene del polo positivo de la pila de la estación; la segunda, con el alambre L, que es el de la línea, y la tercera con el A, que se dirige al receptor.
Expuestos estos detalles, es preciso considerar dos casos: 1.� cuando el manipulador se encuentra dispuesto para recibir un parte de una estación distante, en cuyo caso el extremo b se encuentra en descenso, como lo indica la figura 532, de manera que la corriente que llega por el alambre de la línea L, y que asciende a la pieza metálica m, vuelve a descender al alambre A, que la conduce al receptor de la estación, en la cual se encuentra el aparato. 2.� Cuando se trata de transmitir un parte; en este caso se apoya la mano sobre la tecla B, de suerte que la palanca se ponga en contacto con el botón x. La corriente de la pila de la estación que llega por el alambre P, sube entonces a la palanca, desciende por la pieza m y llega al alambre de la línea que la conduce a la estación a la cual se dirige el parte. Según el tiempo que se aprieta la tecla B, así se produce en el receptor al cual concurre la corriente, o un punto o una línea: el primero si se efectúa tan sólo un pequeño choque sobre el botón x, y la línea, si el contacto se prolonga durante un intervalo de tiempo, siquiera sea sumamente limitado.
Reemplazo. -Al describir el receptor hemos supuesto que la corriente de la línea, llegando por el alambre C (fig. 531), entraba directamente en el electro-imán, y que era la que hacía operar la armadura A, e imprimía el parte. Esta suposición no es exacta, porque cuando la corriente ha recorrido, aunque sólo sean diez kilómetros, ha perdido hasta tal punto su intensidad, que le es imposible comunicar al electro-imán una potencia suficiente para imprimir el parte, por cuya razón debe recurrirse a un reemplazo o sea a un electro-imán auxiliar, también recorrido por la corriente de la línea, pero que sirve para introducir en el receptor la corriente de una pila local de 4 o 5 elementos, situada en la estación, y sin otro empleo más que el de imprimir los signos trasmitidos por el alambre de la línea. A este efecto, la corriente de la línea entra en el relevo por la roldana L (fig. 533), sigue al electro-imán E, desde el cual pasa a perderse en seguida en el suelo por la roldana T. Así, pues, cada vez que la corriente de la línea pasa al reemplazo, atrae el electro-imán una armadura A, fija en la parte inferior de una palanca vertical p, que oscila alrededor de un eje horizontal.
A cada oscilación, la palanca p va a chocar por su parte superior con un botón n, y en dicho instante la corriente de la pila local, que llega por la roldana c, sube a la columna m, pasa por la palanca p, y desciende por el vástago o que la conduce a la roldana Z; desde ésta pasa al electro-imán del receptor, del cual sale por el alambre Z (fig. 531) para regresar a la misma pila local, de la cual salió. Después, cuando se interrumpe la corriente del alambre de la línea, no siendo ya atractivo el electro-imán del reemplazo, la palanca p, empujada por un resorte espiral r, se separa del botón n como indica el dibujo, y la corriente de la pila local deja de pasar.
Esta descripción nos manifiesta que el reemplazo trasmite exactamente al receptor las mismas fases de paso o intermitencia que las que origina el manipulador en la estación que expide el parte.
Con una pila de línea de 25 elementos, de Daniell, conserva aún la corriente bastante intensidad a 160 kilómetros de su punto de partida para poner en acción un reemplazo. Respecto a una distancia mayor, es indispensable recurrir a una nueva corriente, como lo veremos en el párrafo cuyo epígrafe es el de cambio de corriente.
Marcha final de la corriente en los tres aparatos. -Descritos los tres órganos principales del telégrafo de Morse, veamos cuál es la marcha real de la corriente en el conjunto de los mismos.
Llegando la corriente de la línea por el alambre L (531), pasa en un principio a la pieza T, que sirve de pararrayos, en el caso en que por la influencia de la electricidad atmosférica al surgir una tempestad, se cargasen los alambres conductores de una cantidad de electricidad suficiente para originar chispas peligrosas. La pieza que hace las veces de pararrayo, consta de dos discos le cobre d y f, provistos de dientes en las caras que se miran sin tocarse. El disco d se encuentra en comunicación con la tierra por medio de una lámina metálica, fija detrás de la tabla que sostiene el pararrayos, al paso que el disco se encuentra en la corriente. Para que sea así, llegando ésta por el alambre de la línea L, entra en el pararrayo por la roldana fija en la parte inferior de la plancha, hacia la izquierda; sube en seguida a un conmutador n que la conduce al botón c, del cual pasa al disco f por una lámina metálica dispuesta detrás de la plancha. Actuando la electricidad por influencia sobre el disco d, se desprende por las puntas sin peligro alguno respecto a los que se encuentran junto al aparato. Además del disco f, pasa la corriente a un pequeño alambre de hierro muy delgado, aislado y contenido en el tubo e, cuyo alambre fundido por la corriente, cuando es demasiado intensa, impide que la electricidad se dirija al aparato, precaviendo cualquier peligro.
Finalmente, desde el pie del soporte s pasa la corriente a un pequeño galvanómetro G que sirve para indicar, por la desviación de la aguja, si se trasmite la corriente al aparato. Del mencionado galvanómetro se encamina la corriente al manipulador (fig. 532), en el cual entra por L y sale por A para pasar al reemplazo (fig. 533). Entrando en éste por L, hace funcionar el electro-imán, y establece la comunicación indispensable para el paso de la corriente de la pila local, como hemos manifestado al ocuparnos del reemplazo.
Cambio de corriente. -Para completar la descripción del aparato de Morse, importa observar que la corriente de la línea que llega a L (fig. 531) y que en general, después de un recorrido de diez kilómetros, no posee bastante energía para anotar el parte, no tiene en seguida suficiente intensidad para seguir propagándose hacia una nueva estación distante, por lo cual conviene que en cada parada telegráfica adquiera una nueva corriente, o sea la de la pila de la parada o estación, que consta de 20 a 30 elementos de Daniell, y que no viene a ser otra cosa, que la que ya hemos designado con la calificación de pila local.
Esta nueva corriente de la pila de la estación entra por P (fig. 531), llega a un tope que la conduce a la columna H, y sólo sigue a mayor distancia cuando desciende la armadura A. En efecto, una pequeña pieza, situada en la parte inferior de la palanca, tocando entonces al botón v, hace que vaya la corriente de la columna R a toda la masa metálica BD, desde cuyo punto, por un tope y por un alambre que no se han representado en la figura, alcanza por fin al alambre de la línea que se trasmite a la estación siguiente, y así sucesivamente, de una a otra.
707. Telégrafo electro-químico marcador de Bain. -Se denominan telégrafos electro-químicos, los aparatos que marcan los partes con signos coloreados sobre un papel impregnado de ferrocianuro de potasio, sal que descompone la corriente de una pila local, en la estación que recibe el parte telegráfico, siempre que pase al través del papel.
Somos deudores al escocés Bain del primer telégrafo de esta clase en él se representan las letras por los mismos signos que en el telégrafo de Morse, es decir, por combinaciones de líneas y de puntos; pero el despacho debe combinarse de antemano, en la estación que lo comunica, sobre una larga tira de papel común. Para efectuarlo, se taladra ésta con un sacabocados, según varios agujeros pequeños que representan los puntos del telégrafo de Morse, y otros agujeros prolongados que corresponden a las líneas. Hecha esta operación, se interpone la tira de papel entre una pequeña roldana metálica y una lámina elástica igualmente metálica, cuyas dos piezas forman parte de la corriente de la pila de la estación. Al girar la roldana, arrastra consigo la batida de papel, cuyas partes van pasando sucesivamente entre la roldana y la lámina. Si el papel no se hubiese agujereado, se opondría constantemente al paso de la corriente por no ser cuerpo conductor; pero en virtud de los agujeros practicados en el mismo, siempre que pasa uno de ellos, media contacto entre la roldana y la lámina, y pasa la corriente que pone en acción el relevo en la estación de salida, trazando en matiz azul, sobre un disco de papel impregnado de cianuro la misma serie de puntos y de líneas que sobre la tira agujereada de papel.
M. Pouget-Maisonneuve ha construido un telégrafo en el cual se imprime el parte, en la estación que lo recibe, por el procedimiento químico de Bain, sin tenerse que combinar en la que lo trasmite, y sí enviarse directamente por medio del manipulador de Morse (fig. 532).
708. Relojes eléctricos. -Estos aparatos son movimientos de relojería, cuyo electro-imán es a un tiempo el motor y regulador, por medio de una corriente eléctrica sucesivamente interrumpida. La figura 534 representa el cuadrante de dicho reloj, y la 535 el mecanismo para la marcha de las agujas.
Un electro-imán B atrae una pieza de hierro dulce P, móvil sobre un eje a. La pieza P trasmite su movimiento de vaivén a una palanca s, la cual, por medio de un linguete n, hace girar la rueda A. Ésta, por el piñón D, obliga a dar vueltas a la rueda C, que hace marchar las agujas por una serie de ruedas y de piñones. La menor marca las horas, y la mayor los minutos; pero, como no anda de un modo continuo esta última, sino por saltos bruscos efectuados de segundo en segundo, se emplea este movimiento para marcar los segundos.
Es evidente que la regularidad del movimiento de las agujas, depende de la regularidad de las oscilaciones de la pieza P. Antes de pasar por el electro-imán B, están reguladas las intermitencias de la corriente por un primer reloj tipo, regulado a su vez por un péndulo de segundos. A cada oscilación del péndulo, pasa la corriente una vez y se interrumpe otra, resultando de aquí que la pieza P bate exactamente los segundos.
Sentado esto, veamos el uso de estos relojes: supongamos que en el camino de hierro de París a Bouen, posean todas las estaciones un reloj semejante al que acabamos de describir, y que de un reloj tipo de la primera población parte un alambre conductor a todos los relojes de la línea hasta Rouen. Haciendo pasar una corriente por este alambre, marcarán instantáneamente todos los relojes enumerados la misma hora, el mismo minuto y el mismo segundo; pues no tardaremos en ver que la electricidad de la pila recorre 43000 leguas por segundo, velocidad que, hace inapreciable el tiempo que tarda la corriente en propagarse de París a Rouen.
709. Motores electro-magnéticos. -Muchísimas tentativas se han hecho para utilizar la fuerza atractiva de los electro-imanes como fuerza motriz en las máquinas. La figura 536 representa una máquina de este género, construida por M. Froment. Se compone de cuatro poderosos electro-imanes A, B, C, D, sujetos en un armazón de hierro fundido X. Entre estos electro-imanes hay un sistema de dos ruedas de igual metal, móviles sobre un eje horizontal, y que llevan sobre su contorno ocho armaduras de hierro dulce M.
La corriente de la pila llega a K, sube por el alambre E, y atraviesa el arco metálico O, que sirve para dar paso sucesivo a la corriente en cada electro-imán, de modo que no se contraríen las atracciones en las armaduras M, y sí que todas tengan el mismo sentido. No puede satisfacerse esta condición, sino en tanto que se interrumpe la corriente en cada electro-imán en el momento en que una armadura se pone delante de los ejes de los carretes. Para obtener esta interrupción, posee el arco O tres ramas e, terminadas cada una de ellas por una lámina de acero, en la cual está fija una pequeña polea. Dos de éstas establecen la comunicación respectivamente con un electro-imán, y la tercera con dos. Una rueda central a cuenta varias levas, sobre las cuales se apoyan alternativamente las poleas, y así es que siempre que una de éstas reposa sobre una las levas, pasa la corriente por el electro-imán correspondiente, pero deja de pasar luego que cesa el contacto. Al salir de los electro-imanes, la corriente regresa al polo negativo de la pila por el alambre H.
Mediante esta disposición, son sucesivamente atraídas las armaduras M por los cuatro electro-imanes, y por lo mismo el sistema de ruedas que los sostiene adquiere un rápido movimiento de rotación que, por la rueda P y una correa sin fin, se trasmite a la polea Q y de ésta a una máquina cualquiera, por ejemplo, a una que sirva para triturar.
M. Froment tiene en sus talleres una máquina electro-motora de la fuerza de un caballo de vapor. Pero hasta ahora no han podido aplicarse a la industria estas máquinas, porque el gasto de ácidos y de zinc que originan es muy superior al del combustible en las máquinas de vapor de igual fuerza. La aplicación de las máquinas electro-motoras depende particularmente en la actualidad, de las mejoras que experimentará la pila.