762. Arco voltáico.-
La pila es, después del Sol, el origen de luz mas intenso que se conoce, manifestándose sus efectos luminosos por medio de chispas, por la incandescencia de las sustancias que reúnen los dos polos , ó por el arco voltaico.
Los polos de una pila, como no sea de muchos pares, poseen poca tensión, y aun cuando se los reúna por un alambre de cobre no surge chispa eléctrica alguna; pero si se rompe el circuito, aparece aquella en seguida, tanto mas fuerte cuanto mayor es el número de pares.
Fig. 755.
Por la incandescencia de los conductores que atraviesan, ofrecen también las corrientes efectos luminosos muy notables. Un alambre de hierro ó de platino, que reúne los dos polos de una pila de gran potencia y es bastante grueso para no fundirse, se pone incandescente y despide un vivísimo resplandor en tanto que funciona la pila. Si el alambre está arrollado en hélice, es aun mayor el efecto luminoso.
Obtiénese, sobre todo, un bellísimo efecto de la luz eléctrica poniendo los electrodos en comunicación con dos conos de carbón de cok bien calcinado (fig. 755). El carbón b está fijo, y el a puede subir ó bajar mas ó menos por medio de una barra dentada y un piñón que se hace girar a mano con un botón c. Puestos en contacto los dos carbones, pasa la corriente y los pone al punto incandescentes; si en este estado se los separa se produce de uno á otro un arco luminoso sumamente brillante, llamado, arco voltaico.
La longitud de este arco varia con la fuerza de la corriente. En el aire, con una pila de 600 pares dispuestos en seis filas paralelas de 100 pares cada una , puede alcanzar el arco voltaico una longitud de 7 centímetros, siempre que el carbón positivo esté encima, como indica el grabado; pues si se encuentra debajo, el arco es cerca de 2 centímetros mas corto. Cuando los carbones están dispuestos horizontalmente, deben hallarse mas próximos entre sí, pues entonces se extingue el arco con mas facilidad, debido á que de esta manera es mayor el enfriamiento producido por el aire. En el aire muy enrarecido puede ser mucho mayor la distancia entre los dos carbones, porque no hallando resistencia la electricidad, se lanza de ellos aun antes de estar en contacto. Asimismo puede producirse en los líquidos el arco voltaico; pero en tal caso es mucho mas corto y de menor brillo.
Cuando sin pasar todavía la corriente se aproximan los carbones para establecerla, se observa que la luz aparece primeramente en el carbón negativo, y calentándose después más el positivo (759), este es el que presenta en seguida mayor brillo.
El arco voltaico goza de la propiedad, cuando se le presenta un poderoso imán, de ser dirigido por él, lo cual es una consecuencia de la acción de los imanes sobre las corrientes (822).
Davy fué el primero que en 1801 hizo en Lóndres el experimento de la luz eléctrica con dos conos de carbón y una pila de artesa de 2.000 pares, cuyas planchas tenian cerca de 11 centímetros de lado. Sirvióse de carbón de leña ligera y apagado en estado incandescente en un baño de mercurio que, penetrando en los poros del carbón, aumentaba su conductibilidad. Como esta clase de carbón arde muy pronto en el aire, era preciso operar en el vacío; por esta razón el experimento de la luz eléctrica se hizo durante mucho tiempo colocando los dos conos de carbón en el huevo eléctrico (fig. 724); mas ahora, que solo se usa en tales experimentos el cok procedente de los residuos de las calderas del gas, se evita la operación del vacío, por cuanto este carbón es duro, compacto y puede cortarse en barritas que arden muy lentamente en el aire. Cuando se efectúa el experimento on el vacío, no hay combustión, pero siguen consumiéndose los carbones, sobre todo el positivo, que se gasta doblemente que el negativo.
El alumbrado eléctrico se utiliza hoy en los teatros, en los festejos públicos, en los talleres y en los faros; con 80 ó 100 pares de Bunsen se obtiene un alumbrado muy enérgico, pero su coste es mucho mayor que el del alumbrado de gas.
763- Trasporte producido por el arco voltaico: su constitución
Cuando el arco voltáico se origina entre dos conos de carbón, se observa que el positivo decrece lentamente, aun en el vacío, y se ahueca, mientras que el negativo va aumentando de volumen; hay pues trasporte de las moléculas de carbón del primer polo al segundo. Si el arco, en vez do formarse entre dos carbones, lo efectúa entre dos metales diferentes, cobre y plata, por ejemplo, se reconoce fácilmente, por los depósitos que se producen, que ha habido trasporte en ambos sentidos; pero generalmente el trasporte mas abundante se efectúa del polo positivo al negativo.
La alta temperatura que alcanzan los carbones en el momento en que se les pone en contacto, y además el trasporte que se produce cuando se los separa, manifiestan que el arco voltaico es debido á las moléculas de carbón volatilizadas primero y trasportadas después de un polo á otro. Estas moléculas forman una cadena continua que basta para cerrar la corriente, y como dicha cadena ofrece una gran resistensia, se calienta, en virtud de la segunda ley de la distribución del calor en el circuito (760), hasta producir el vivísimo resplandor que constituye el arco voltáico.
A causa de la referida resistencia no es posible obtener el arco voltáico sino con un gran número de pares, 40 de Bunsen por lo menos, dispuestos en una sola fila, y á ella se debe también el que la distancia que separa los dos carbones tenga un límite, pasado el cual se extingue el arco. Se le hace reaparecer aproximando los carbones hasta ponerlos en contacto ó bien haciendo pasar de uno á otro una chispa eléctrica muy fuerte. Cuanto mas fácilmente se disgregan los electrodos por la corriente, mas separados pueden estar sin que el arco se extinga ; el carbón, que es una sustancia que se desmorona con facilidad, es uno de los cuerpos que suministran un arco voltáico mas largo.
764- Proyección de los dos carbones.—
Débese á Foucault un precioso experimento que consiste en proyectar, por medio de lentes, la imagen de los conos de carbón sobre una pantalla, en la cámara oscura, en el momento en que se produce la luz eléctrica (fig. 756).
Este experimento, efectuado por medio del microscopio fotoeléctrico que mas atrás describimos (fig. 601), permite distinguir muy bien los dos carbones incandescentes, viéndose que el carbón positivo se ahueca y disminuye, en tanto que el otro aumenta. Los glóbulos representados en los carbones provienen de la fusión de una pequeña cantidad de sílice contenida en el cok de que están formados los carbones.
765. Regulador de luz eléctrica de Foucault.-
La luz suministrada por el arco voltáico ofrece el inconveniente de no conservar una intensidad constante como otras luces, lo cual proviene de que gastándose rápidamente los carbones aumenta cada vez mas el intervalo que los separa, y decrece, por consiguiente, la intensidad de la corriente. Para obviar este inconveniente se dirigieron desde luego todos los esfuerzos á construir aparatos reguladores que, puestos en movimiento por la misma corriente no desempeñan otro papel que aproximar los carbones á medida que se gastan; la luz que se obtiene de esta manera tampoco es regular. En efecto, como los carbones no son jamás perfectamente puros, contienen materias extrañas, principalmente sílice, las cuales, bajo la influencia de la alta temperatura de los carbones, entran en fusión y forman en las puntas de estos una especie de pábilo que disminuye el intervalo y aumenta el brillo.
Foucault fué el primero que construyó un regulador para aproximar los carbones; posteriormente inventó el mismo sabio un nuevo regulador sumamente sensible, que efectúa sucesivamente la aproximación y separación de los carbones tan pronto como su distancia varia en cualquier cantidad, por pequeña que sea.
La figura 757 representa el conjunto del aparato, y las 758, 759 y 760 manifiestan los detalles del mismo. Se compone aquel de una caja de latón PQ, que tiene dentro dos movimientos de relojería , uno de los cuales tiende á aproximar los carbones y el otro á separarlos.
Encima de la caja van los dos carbones, el positivo fijo en un vastago movible G, y el negativo sostenido por otro vastago I, que corre á frotamiento suave por un tubo L. Ambos movimientos reciben cuerda por medio de los botones B y D, y detienen á la vez los dos carbones ó bien uno solo. Finalmente, debajo de la caja está el aparato por el cual pasa la corriente, el mismo que sirve de regulador á los movimientos de relojería.
Representado este en mayor escala en la figura 758, se ve que se compone de un electro-iman E por el cual pasa la corriente. Encima del electro-iman hay una armadura A de hierro dulce, fija en la extremidad de una palanca F, móvil alrededor de un eje O. Esta armadura jamás está en contacto con el electro-iman, pero se aproxima á él tanto más, cuanto menos separados están los carbones, es decir, cuanto mas intensa es la corriente. Encima de la palanca F hay otra C, cuyo punto de apoyo está en S, la cual está constantemente obligada de arriba á bajo por un resorte en hélice r, que tira de su extremidad.
La cara inferior de la palanca C, no es plana, sino curva, y esta curvatura hace que su resistencia sea variable. Roberto Houdin fué el primero que dio á conocer el uso de esta palanca, que en el caso presente suministra al aparato suma sensibilidad. En efecto, la armadura A tiende sin cesar á descender por la atracción del electro-iman, y al mismo tiempo está solicitada de abajo arriba por el brazo de palanca F, que se encuentra siempre obligado á bajar por la tracción del resorte r, cuya tracción, convertida en presión, le es trasmitida por la palanca C; pero el punto de aplicación de esta presión varía á medida que se inclina la palanca F. En la figura 758 el punto de apoyo está en a; pero si desciende la armadura, aunque sea poco, dicho punto es a'; el brazo de palanca ac sobre el cual actúa el resorte r, aumenta, pues, en el momento que baja la armadura A. Resumiendo, si la intensidad de la corriente, y por consiguiente la potencia atractiva del electro-iman aumentan, crece al mismo tiempo la resistencia en sentido contrario; resulta de aquí una oscilación continua, aunque en muy estrechos límites, de la palanca F.
A esta palanca va unida una pieza D, sobre la cual se alza una varilla K, que participa, lo mismo que D, de las oscilaciones de la palanca; esta varilla K termina por la parte superior en una pieza H que tropieza á derecha é izquierda con unos dientes s s' fijos en dos piñoncitos cuyos ejes llevan unas aletas u, v, y reciben un rápido movimiento de rotación de las ruedas R y R' , movidas á su vez por los aparatos de relojería. Estas aletas, merced á la resistencia que encuentran en el aire, retrasan el movimiento y le regularizan. Cuando el vástago K se inclina hacia la derecha, el tope H tropieza con el diente s, y queda parado con todo el mecanismo de la derecha, marchando entonces solo el de la izquierda que hace que se aproximen los carbones. Si por el contrario el tope se inclina hacia la izquierda, queda parado el diente s' y todo el mecanismo de la izquierda: entonces funciona solo el de la derecha y se separan los carbones. Finalmente, cuando el vastago K se halla en posición vertical, detiene á la vez los dos mecanismos, y quedan fijos los carbones. Las oscilaciones de la armadura A son siempre muy pequeñas, y lo mismo las del tope H; por consiguiente los carbones avanzan ó retroceden por efecto de la corriente una distancia sumamente pequeña, lo cual proporciona á la vez una gran fijeza en el punto luminoso y en el brillo de la luz.
Para completar la descripción del aparato solo falta dar á conocer el mecanismo que trasmite á los carbones un movimiento alternativo de sentido contrario. Los detalles y manera de funcionar de esta parte del aparato están representados en las figuras 759 y 760, en las cuales las flechas indican el sentido de rotación de las ruedas, y los guarismos 1, 2, 3 ....... el orden en el cual se mueven. Dos cilindros M y N ponen sucesivamente en movimiento las ruedas, el N es de mayor potencia y basta para dar cuerda al otro. El árbol del cilindro M (fig. 759) lleva tres ruedas: la superior engrana con la cremallera G, donde va el varbón positivo, la inferior, cuyo diámetro es mitad del de la anterior, engrana con la cremallera I, que lleva el carbón negativo. De la relación entre los diámetros de estas dos ruedas resulta que para un mismo número de vueltas del cilindro, la cremallera I avanza con una velocidad mitad que la G.
En cuanto á la rueda intermedia, señalada con el núm. 2, es la que engrana con la rueda 3; esta pone en movimiento á la 4, que se halla en el mismo eje, y engrana con la 5. Esta última, llamada satélite, es la que relaciona entre sí los dos cilindros, y está fija en el eje pq; las dos ruedas que están encima y la que está debajo, aunque corresponden al mismo eje pq, son locas, es decir, que no forman cuerpo con dicho eje, y giran libremente sin él. Además, cerca de los bordes de la rueda satélite va implantado un eje que la atraviesa y termina por la parte superior en un piñón C y por la inferior en una ruedecita k. La rueda satélite, arrastrada por la 4, hace girar alrededor del eje pq al piñón 6, el cual pone en movimiento la rueda 7 y juntamente la 8 que va unida á ella. Después la rueda 8 arrastra el piñón 9 y la rueda 10, y finalmente esta última, por medio de dos piñones y dos ruedas que no están representadas en el grabado, trasmite el movimiento á la rueda R' y á la aleta v (fig. 758).
En el mecanismo que acabamos de describir se ha supuesto estar fijo el cilindro N, y que solo funcionaba el M, y los engranajes intermedios no han tenido mas aplicación que trasmitir una gran velocidad á la aleta v.
En la figura 760 sucede lo contrario: el cilindro N lleva una rueda 1 que trasmite el movimiento al piñón 0 y á otra rueda H, lo cual, por una serie de piñones y ruedas no representadas en el grabado, le trasmite á su vez á la rueda R y á la aleta u (fig. 758). Además, el mismo cilindro, también por medio de la rueda 1, pone en movimiento la 2; con esta gira el piñón 3, que va unida á ella, el cual determina un movimiento de traslación de la rueda 4 alrededor del eje pq. Esta última va unida á la satélite 5 y la arrastra consigo, de manera que la rueda satélite es la que pone en movimiento las ruedas 6 y 7; esta última engrana con el cilindro M, el cual gira ahora en sentido contrario y por consiguiente hace que se separen los carbones.
La marcha de la corriente está indicada por las flechas en la figura 757. Entra aquella por el casquillo de empalme y, pasa al electro-iman E, de allí al aparato, después á la cremallera G y á los dos carbones, y vuelve á bajar al casquillo z por la columna L, que está aislada del resto del aparato. Un botón situado en la pared de la caja, á la derecha, sirve para detener la marcha de los cilindros; el botón X (fig. 759) tiene por objeto subir ó bajar solamente el carbón negativo para arreglar la altura del punto luminoso. A este fin la ruedecita que engrana con la cremallera I no está fija en el eje del cilindro M, sino que entra en él á frotamiento duro, de manera que sin girar el cilindro se puede mover la ruedecita con el botón X. Finalmente, el botón V (fig. 757) sirve para arreglar la tensión del resorte de hélice r.
766. Propiedades e intensidad de la luz eléctrica.-
Esta luz goza de las mismas propiedades químicas que la del Sol, pues determina la combinación de una mezcla de cloro y de hidrógeno, obra químicamente sobre el cloruro de plata, y aplicada á la fotografía da magníficas pruebas, notables por el vigor de los tonos; pero no es aplicable á los retratos, porque cansa demasiado la vista. Finalmente, el Sr. Hervé-Mangon observó que la materia verde de los vegetales se desarrolla bajo la influencia de la luz eléctrica lo mismo que bajo la de la luz solar.
Trasmitida la luz eléctrica al través de un prisma, da un espectro semejante al solar, lo cual prueba que no es simple. Wollaston, y en particular Fraünhofer, han observado que el espectro de la luz eléctrica solo se diferencia del de la solar por la presencia de algunas rayas muy claras, de las cuales una en particular, que se halla el el verde, es de una claridad casi brillante en comparación con el resto del espectro. El Sr. Wheatstone observó que sirviéndose de diferentes metales, como electrodos, se modifican el espectro y las rayas, cuyo resultado se halla conforme con lo que se dijo al hablar de la análisis espectral (546); y finalmente, Despretz reconoció que la situación de las rayas brillantes es fija é independiente de la intensidad de la corriente.
Con electrodos de carbón son notables las rayas por su número y su brillo, con el zinc está caracterizado el espectro por una tinta verde manzana muy marcada; con la plata so obtiene un verde muy intenso; con el plomo domina el color de violeta, y así sucesivamente con los diferentes metales.
La intensidad de la luz eléctrica fue determinada por Bunsen, quien experimentó con 48 pares, y alejando los carbones 7 milímetros entr sí, vió que equivalía á la de 572 bujías. Pero este experimento se hizo con pares en que el carbón era exterior é interior el zinc, y los efectos que producian eran mucho menores que los de carbón interior. Por consiguiente, la luz de 48 de estos últimos pares equivale á mas de 572 bujías.
Los Sres. Fizeau y Foucault, que han tratado de comparar la luz eléctrica con la solar, no han cotejado las cantidades de luz emitidas por estos dos generadores, sino sus efectos químicos sobre el yoduro de plata de las placas de Daguerre; de modo que los resultados obtenidos no dan á conocer la intensidad óptica de la luz eléctrica, sino su intensidad química. Representando por 1.000 la intensidad de la luz solar á las 12 del dia, encontraron los citados físicos que la de la luz de 46 pares de Bunsen (de carbón interior) estaba representada por 235, y la de 80 pares solo por 238. De estos valores resulta que la intensidad de la luz no crece de un modo notable con el número de pares; pero la experiencia manifiesta que se acrecienta mucho aumentando su superficie. En efecto, con tres filas de 46 pares cada una; reunidas paralelamente de suerte que sus polos positivos concurran en uno solo, lo mismo que los negativos, lo cual equivale á triplicar la superficie, la intensidad, á la hora de funcionar la pila, resultó ser 385, lo que es mas de una tercera parte de la intensidad de la luz solar.
Despretz, al hablar de sus experimentos sobre la pila, hace observar que se debe poner particular esmero en preservarse de sus efectos luminosos cuando son algo intensos. La luz de 100 pares puede, según esto físico, causar enfermedades de ojos muy dolorosas, y con 600 elementos basta un solo instante para que produzca la luz dolores muy vehementes de cabeza y ojos, quedando tostada la cara como por los rayos del Sol. Por eso es indispensable usar anteojos con cristales de color azul oscuro al efectuar tales experimentos.
"Tratado Elemental de Física, experimental y aplicada y de meteorología"
A. Ganot, profesor de matemáticas y de física.
Sexta edicicón española traducida de la última edición francesa por:
D. Eduardo Sánchez Pardo y D. Eduardo León Ortiz, Auxiliares del Observatorio astronómico y meteorológico de Madrid.
Carlos Bailly-Bailliere, Editor, Madrid, 1873