Sunday, February 19, 2006

Interruptores for engineers



Echarle un ojo al video, es una pasada verdad? Una belleza tétrica... Sin embargo, para una mente curiosa este video es una putada, ya que hace que surjan muchas preguntas cuyas respuestas no son nada sencillas debido a los procesos físicos que implican.
Aquí voy a tratar de responder a algunas.
Cabe decir que si cuando hablé del microondas me sentía seguro y aun así metí la pata dos veces, aquí puede ser mucho peor, porque las respuesta son deducciones basandome en cosas que se de electricidad, rayos y algo de física en general, de manera que agradezco todo tipo de correcciones y explicaciones alternativas.

Lo primero que viene a la cabeza es:
¿Por qué salta una chispa de lado a lado?
Parece una pregunta evidente, pero no lo es tanto si uno piensa que al cabo de un momento la chispa desaparece.
Una explicación para esto es la siguiente: en circuito cerrado hay una corriente electrica. Al abrirlo de golpe se establece un campo electrico muy fuerte mientras se esta abriendo, que hace que se ionice el aire entre los dos extremos formando un plasma conductor. Algunos electrones son arrancados del metal y empiezan a viajar por el plasma conductor mientras el interruptor se esta abriendo. Conforme van avanzando se va ionizando el aire hasta llegar al otro extremo formando un camino de plasma conductor por el que comienza a circular la corriente electrica que vemos.
Este es aproximadamente el fenomeno que ocurre con los rayos, de manera que cabe pensar que no es muy distinto en este caso.
Cuando, una vez completamente abierto, el plasma desaparece (por las razones que explicaremos más tarde) el campo electrico del circuito abierto no es lo bastante fuerte para ionizar el aire, y por tanto la corriente se detiene.

¿Pero por que lo vemos?
Esta es la típica pregunta que yo siempre me hago con todo y que la mayoría de gente no se suele hacer. El hecho de que circulen electrones no es suficiente motivo para que tu pudieras verlo: los electrones no emiten fotones hacia tus ojos porque sí...
En este caso lo que ocurre es que la corriente al circular calienta el gas hasta temperaturas extremas. Todos los cuerpos al calentarlos emiten radiación, y sí los calientas lo bastante esa radiación entra dentro del espectro visible. Es el mismo principio que hace que un hierro muy caliente emita luz roja. Sobre este fenomeno escribí un poco al hablar de mi trabajo en la ESA. Para que nos hagamos una idea se suele decir que los rayos estan más calientes que la superficie del Sol. Esa frase tan rimbombante tiene muchisímas trampas una vez que se estudia la evolución de temperaturas en la atmosfera del sol, pero significa que el plasma por el que circula el rayo esta a más de 6000K. En el caso de esta chispa cabe esperar que la temperatura sea menor, pero no muchisimo menor, ya que de la temperatura depende el espectro de la radiación emitida y el pico de este no puede estar muy lejos de la banda visible.

¿Y por qué el flujo de corriente sube hacia arriba formando esa curva?
Bien, tenemos un plasma, por el que esta circulando una corriente, y hemos dicho que esta muy caliente. En tal caso, cabe esperar que como todos los gases calientes tienda a subir, mientras que el aire frio de arriba tenderá a bajar. La cuestión es que el flujo electrico no busca el camino más corto, sino el de menor resistencia, de manera que si el plasma sube y es reemplazado por aire no ionizado el camino de mínima resistencia será aquel donde este el plasma. Por tanto, el rayo va siguiendo al forma que va tomando el camino de gas ionizado entre los dos extremos.

¿Y por qué la corriente se para?
El plasma entre los dos extremos ya ha sido reemplazado por gas ionizado, y el camino de plasma hacia arriba cada vez es más largo y por tanto con más resistencia. Llega un momento que la diferencia de potencial no es lo bastante grande como para que la corriente circule por el camino largo hacia arriba, ni tampoco como ara ionizar el aire de en medio, de manera que se para.

¿Y por qué oimos como la corriente circula?
El chisporroteo que se oye no es por supuesto "como la corriente circula", sino que lo que oimos es la combustión del aire. Cuando se produce un rayo, el ruido que oimos es la "explosión" del aire alrededor del rayo debido a la altísima temperatura. De manera similar, al estar el flujo electrico circulando por el aire a tanta temperatura se producen combustiones, que oimos en forma de chisporroteo.


Se os ocurren más preguntas? comentarios? criticas? explicaciones alternativas?

....

7 comments:

t3l3c0 said...

¡¡¡Impresionante tio!!! Qué maravilla de la ciencia :D
Me gustaría que pusieras el enlace del vídeo en Google para tenerlo localizado y bajarlo.
Gracias

Anonymous said...

Impresionante el video, menuda cantidad de energía debe usarse para hacer ese arco.
Una pregunta, el movimiento que hace hacia arriba es debido a la "búsqueda" de menor resistencia. Si esta prueba se hiciese en el espacio, ¿Cómo "forma" tomaría? Es decir, se haría una linea totalmente recta o no saldría nada ... También he pensado que sin oxígeno quizá no se pudiese dar esta situación ¿no?

Muchas gracias por el video y me sumo a la petición del enlace.

Pablo said...

Curioso, no me había dado cuenta de que google no permitía clicar para ir a verlo... por algo prefiero youtube.
Aquí esta el link


Sobre lo que pasaría en el espacio... bueno, si te refieres a que ocurriría en el vacio habría 2 opciones: si estan lo bastante alejados (menos incluso que en el video sería suficiente) no habría corriente, ya que no puede formarse plasma conductor. En cambio si estuvieran lo bastante cerca, los electrones circularían de manera continua e indefinida en linea recta entre los dos, pero lo curioso es que tú no los verías. Lo que acabarías de construir es un tubo de rayos catódicos, como un osciloscopio o la televisión de tu casa.

Anonymous said...

Gracias por responder a mi duda :-).
Aquí dejo otro enlace a un video parecido, aquí se ve algo mas definido el momento en el que se abre el circuito.
http://video.google.com/videoplay?docid=-3005249485929960832&q=345Kv+Switch+Opening

Laura said...

he flipado.. habia visto ya el video, pero que buena explicación.... Siempre me han gustado las preguntas de este tipo. Será que todos los ingenieros somos iguales?

PD: La pregunta de porque lo vemos yo tambien me la hago.

Besos

Leonardo said...

Acabo de ver el vídeo, que he llegado a tu post (auqnue un poco tarde, un año después xDD) a través de un enlace de tu post actual...

El video es impresionante, lo ví por primera vez en una asignatura de mi carrera, que el profesor nos lo llevó para ilustrarnos.

Lo has explicado todo mñas que perfecto, no puedo añadir nada más a la explicación, salvo que el interruptor se llama "seccionador", y que ese video es de una imprudencia por parte de los de mantenimiento de esa línea, ya que se debe cortar la corriente en otro lado, y luego abrir el seccionador para que sea visible el corte del circuíto, y poder llevar las reparaciones o mantenimiento de forma segura.

Saludos.

Anonymous said...

me impresiono tu trabajo. te comento yo vivo en bs as y buscando informacion sobre la corriente electrica cai en tu pagina.mira yo ando tras un proyecto bastante ambicioso.
quiero.construir un aparato capaz de tomar de la linea electrica que en mi pais es de 220v.
220v 2 Amperes y entregar a la salida 220v a 10A o 18A Creo que esto es posible si me envia tu opinion prometo respoderte y decirte de que manera y asi podes darme una idea y yo generarte otra
mi correo es eampapanoel@hotmail.com