Pila Voltaica y Alcalina

Islas Salinas Eduardo 101-24Montero Madrigal Andrés 101-32Pérez Aguilar Julio Cesar 101-39Pimentel Marmolejo Alfonso 101-40Villa Mancera Francisco Javier 101-52

Historia de la pila voltaicaHistoria de la pila voltaica

• Alrededor de los años 1800, Alrededor de los años 1800, Alessandro Volta (de quien obtenemos Alessandro Volta (de quien obtenemos el nombre de la unidad de medición de el nombre de la unidad de medición de la diferencia de potencial: voltios) la diferencia de potencial: voltios) construyó el primer aparato conocido construyó el primer aparato conocido que generó corriente continua.que generó corriente continua.

• Lo que hizo fue poner dos pequeños discos Lo que hizo fue poner dos pequeños discos del tamaño de una moneda pequeña, uno de del tamaño de una moneda pequeña, uno de plata y el otro de zinc en un recipiente, plata y el otro de zinc en un recipiente, separados por un material esponjoso como separados por un material esponjoso como el cuero. Todo este conjunto estaba el cuero. Todo este conjunto estaba sumergido en agua salada o en otra solución sumergido en agua salada o en otra solución alcalina. A este conjunto le podemos llamar alcalina. A este conjunto le podemos llamar una pila. Volta después de dio cuenta de que una pila. Volta después de dio cuenta de que si ponía estas pilas una seguida de otra, si ponía estas pilas una seguida de otra, unidas por tiras de metal se lograba que el unidas por tiras de metal se lograba que el voltaje final fuera mayor.voltaje final fuera mayor.

Michael Faraday estaba Michael Faraday estaba utilizando utilizando pilas voltaicas para pilas voltaicas para realizar estudios realizar estudios en electricidad y en electricidad y magnetismo. magnetismo. Descubrió Descubrió que enviando corriente que enviando corriente por un por un conductor, un campo conductor, un campo magnético se inducía en un magnético se inducía en un

conductor paralelo (el inicio del conductor paralelo (el inicio del electromagnetismo). También con electromagnetismo). También con

sus estudios y experimentos sus estudios y experimentos Faraday descubrió en Faraday descubrió en

1831 que una magneto en movimiento podía 1831 que una magneto en movimiento podía generar electricidad en un conductor cercano. De generar electricidad en un conductor cercano. De esta manera se dio nacimiento al dinamo.esta manera se dio nacimiento al dinamo.

Michael Faraday

• En 1860 George Leclanche de Francia En 1860 George Leclanche de Francia desarrollo la primera batería utilizada desarrollo la primera batería utilizada ampliamente (la célula de zinc carbón) ampliamente (la célula de zinc carbón) El ánodo era de zinc y una aleación de El ánodo era de zinc y una aleación de mercurio y el cátodo era un compuesto mercurio y el cátodo era un compuesto de dióxido de magnesio y un poco de de dióxido de magnesio y un poco de carbón. Ambos: ánodo y cátodo fueron carbón. Ambos: ánodo y cátodo fueron sumergidos en una solución sumergidos en una solución de cloruro de amonio, que de cloruro de amonio, que actuaba como electrolito. actuaba como electrolito. El sistema fue llamado: El sistema fue llamado: "la célula mojada"."la célula mojada".

George LeclancheGeorge Leclanche

En 1920 un joven científico, En 1920 un joven científico, Samuel Ruben y un también Samuel Ruben y un también joven empresario llamado joven empresario llamado Philip Rogers Mallory juntos Philip Rogers Mallory juntos vieron el futuro en sus vieron el futuro en sus proyectos y unieron la proyectos y unieron la

inventiva de uno con el poder de inventiva de uno con el poder de manufactura del otro. Esta unión que manufactura del otro. Esta unión que se mantuvo hasta la muerte de Mallory se mantuvo hasta la muerte de Mallory en 1975 fue la base de la empresa que en 1975 fue la base de la empresa que todos conocen: Duracell International.todos conocen: Duracell International.

Samuel RubenSamuel Ruben

• Samuel Rubens revolucionó la Samuel Rubens revolucionó la tecnología de las baterías. El creo la tecnología de las baterías. El creo la célula de mercurio que era mucho más célula de mercurio que era mucho más eficiente que la que se utilizaba antes eficiente que la que se utilizaba antes de zinc carbón. Este invento fue de zinc carbón. Este invento fue especialmente útil en la segunda especialmente útil en la segunda guerra mundial.guerra mundial.En el año 1950 Samuel Ruben mejoró la En el año 1950 Samuel Ruben mejoró la batería alcalina de magnesio batería alcalina de magnesio haciéndola más resistente, compacta y haciéndola más resistente, compacta y de una gran duración.de una gran duración.

Alessandro VoltaAlessandro Volta

• Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta (18 de febrero de 1745 – 5 de marzo de Volta (18 de febrero de 1745 – 5 de marzo de 1827) fue un físico italiano, famoso 1827) fue un físico italiano, famoso principalmente por haber desarrollado la pila principalmente por haber desarrollado la pila eléctrica en 1800.eléctrica en 1800.

• La unidad de fuerza electromotriz del La unidad de fuerza electromotriz del Sistema Internacional de Unidades lleva el Sistema Internacional de Unidades lleva el nombre de voltio en su honor desde el año nombre de voltio en su honor desde el año 1881. En 1964 la UAI decidió en su honor 1881. En 1964 la UAI decidió en su honor llamarle Volta a un astroblema lunar.llamarle Volta a un astroblema lunar.

• Alessandro Volta nació y fue educado Alessandro Volta nació y fue educado en Como, Lombardía. Fue hijo de una en Como, Lombardía. Fue hijo de una madre noble y de un padre de la alta madre noble y de un padre de la alta burguesía. Recibió una educación burguesía. Recibió una educación básica y media humanista, básica y media humanista, pero al pero al llegar a la llegar a la enseñanza enseñanza superior, optósuperior, optó por una por una formaciónformación científica científica.

• En el año 1785 fue nombrado profesor de física de En el año 1785 fue nombrado profesor de física de la Escuela Real de Como. Un año después, Volta la Escuela Real de Como. Un año después, Volta realizó su primer invento, un aparato relacionado realizó su primer invento, un aparato relacionado con la electricidad. Con dos discos metálicos con la electricidad. Con dos discos metálicos separados por un conductor húmedo, pero unidos separados por un conductor húmedo, pero unidos con un circuito exterior. De esta forma logra por con un circuito exterior. De esta forma logra por primera vez, producir corriente eléctrica continua, primera vez, producir corriente eléctrica continua, inventando el electróforo perpetuo, un dispositivo inventando el electróforo perpetuo, un dispositivo que una vez que se encuentra cargado, puede que una vez que se encuentra cargado, puede transferir electricidad a otros objetos, y que transferir electricidad a otros objetos, y que genera electricidad estática. Entre los años 1786 y genera electricidad estática. Entre los años 1786 y 1788, se dedicó a la química, descubriendo y 1788, se dedicó a la química, descubriendo y aislando el gas de metano. Un año más tarde, en aislando el gas de metano. Un año más tarde, en 1789, fue nombrado profesor titular de la cátedra 1789, fue nombrado profesor titular de la cátedra de física experimental en la Universidad de Pavía.de física experimental en la Universidad de Pavía.

• En 1780, un amigo de Volta, Luigi Galvani, observó En 1780, un amigo de Volta, Luigi Galvani, observó que el contacto de dos metales diferentes con el que el contacto de dos metales diferentes con el músculo de una rana originaba la aparición de músculo de una rana originaba la aparición de corriente eléctrica. En 1794, a Volta le interesó la corriente eléctrica. En 1794, a Volta le interesó la idea y comenzó a experimentar con metales idea y comenzó a experimentar con metales únicamente, y llegó a la conclusión de que el tejido únicamente, y llegó a la conclusión de que el tejido muscular animal no era necesario para producir muscular animal no era necesario para producir corriente eléctrica. Este hallazgo suscitó una fuerte corriente eléctrica. Este hallazgo suscitó una fuerte controversia entre los partidarios de la electricidad controversia entre los partidarios de la electricidad animal y los defensores de la electricidad metálica, animal y los defensores de la electricidad metálica, pero la demostración, realizada en 1800, del pero la demostración, realizada en 1800, del funcionamiento de la primera pila eléctrica certificó funcionamiento de la primera pila eléctrica certificó la victoria del bando favorable a las tesis de Volta.la victoria del bando favorable a las tesis de Volta.

Usos y tipos de pila VoltaicaPilas primarias:

•     Sistema de dióxido de Zinc-Manganeso: Este es el tipo más Sistema de dióxido de Zinc-Manganeso: Este es el tipo más usado de pilas en el mundo. Su usos típicos son, linternas, usado de pilas en el mundo. Su usos típicos son, linternas, juguetes, walkmans, etc... Hay tres variantes para este tipo de juguetes, walkmans, etc... Hay tres variantes para este tipo de pila: la pila Leclanché, la pila de cloruro de zinc, y la pila pila: la pila Leclanché, la pila de cloruro de zinc, y la pila alcalina. Todas entregan un voltaje inicial de 1.58 a 1.7 volts, el alcalina. Todas entregan un voltaje inicial de 1.58 a 1.7 volts, el cual declina con el uso hasta un punto de 0.8 volts aprox. La cual declina con el uso hasta un punto de 0.8 volts aprox. La pila Leclanché es la más económica de estas, fue inventada en pila Leclanché es la más económica de estas, fue inventada en 1866 por un ingeniero francés (la pila lleva su nombre Charles 1866 por un ingeniero francés (la pila lleva su nombre Charles Leclanché). Se convirtió en un éxito instantáneo debido a su Leclanché). Se convirtió en un éxito instantáneo debido a su constituyentes de bajo presupuesto. El ánodo de este tipo de constituyentes de bajo presupuesto. El ánodo de este tipo de pila es una hoja de aleación de zinc, esta aleación contiene pila es una hoja de aleación de zinc, esta aleación contiene pequeñas cantidades de; plomo, cadmio y mercurio. El pequeñas cantidades de; plomo, cadmio y mercurio. El electrolito consiste en una solución acuosa y saturada de electrolito consiste en una solución acuosa y saturada de cloruro de amonio conteniendo 20% de cloruro de zinc. El cloruro de amonio conteniendo 20% de cloruro de zinc. El cátodo esta compuesto de dióxido de manganeso impuro, cátodo esta compuesto de dióxido de manganeso impuro, mezclado con carbón granulado, para creas un cátodo húmedo mezclado con carbón granulado, para creas un cátodo húmedo con un electrodo de carbón.con un electrodo de carbón.

• Aunque fue patentada en 1899 la pila de Aunque fue patentada en 1899 la pila de cloruro de zinc es realmente una adaptación cloruro de zinc es realmente una adaptación moderna a la pila de Leclanché. La gran moderna a la pila de Leclanché. La gran diferencia esta en que gracias a sellados de diferencia esta en que gracias a sellados de plástico esta pila a podido terminar con el plástico esta pila a podido terminar con el uso de cloruro de amonio. También el uso de cloruro de amonio. También el dióxido de manganesos de alta pureza. Este dióxido de manganesos de alta pureza. Este tipo de pila tiene una más larga duración que tipo de pila tiene una más larga duración que la pila de Leclanché. También esta pila puede la pila de Leclanché. También esta pila puede traer confiabilidad satisfactoria sin usar traer confiabilidad satisfactoria sin usar mercurio en la aleación de zinc. mercurio en la aleación de zinc.

Pilas de mercurio con óxido-zinc:

• Este sistema ocupa un electrolito Este sistema ocupa un electrolito alcalino. Ha sido largamente usada alcalino. Ha sido largamente usada para el uso en pilas “botón” o las para el uso en pilas “botón” o las comúnmente usadas para relojes etc... comúnmente usadas para relojes etc... Tienen una densidad energética de Tienen una densidad energética de aproximadamente 4 veces mas que las aproximadamente 4 veces mas que las pilas de zinc-manganeso. Es muy pilas de zinc-manganeso. Es muy confiable y da casi siempre 1.35 volts, y confiable y da casi siempre 1.35 volts, y gracias a esto se usa como una pila de gracias a esto se usa como una pila de referencia.referencia.

Pilas de plata con óxido-zinc:

• Otra pila de tipo alcalina. Esta pila exhibe un Otra pila de tipo alcalina. Esta pila exhibe un cátodo de oxido de plata y un ánodo de cátodo de oxido de plata y un ánodo de polvo de zinc. Debido a que puede polvo de zinc. Debido a que puede relativamente soportar altas cargas y tiene relativamente soportar altas cargas y tiene una casi constante, 1.5 volts de producción, una casi constante, 1.5 volts de producción, este tipo de pila también es usado este tipo de pila también es usado frecuentemente en relojes etc... También frecuentemente en relojes etc... También podemos encontrarla en algunos torpedos podemos encontrarla en algunos torpedos de uso militar, debido a su gran fiabilidad y de uso militar, debido a su gran fiabilidad y capacidad.capacidad.

Pilas de Litio:

• El área de investigación de las pilas que ha atraído El área de investigación de las pilas que ha atraído mas la investigación en los últimos años ha sido el mas la investigación en los últimos años ha sido el área de las pilas con un ánodo de litio. Debido a su área de las pilas con un ánodo de litio. Debido a su alta actividad química se deben usar electrolitos no alta actividad química se deben usar electrolitos no acuosos como por ejemplo sales cristalinas. Se han acuosos como por ejemplo sales cristalinas. Se han hecho pilas que no tienen separación alguna entre el hecho pilas que no tienen separación alguna entre el ánodo y el cátodo liquido, algo imposible con pilas ánodo y el cátodo liquido, algo imposible con pilas de sistema acuoso. Una capa protectora se forma de sistema acuoso. Una capa protectora se forma automáticamente en el litio, pero esta se rompe en la automáticamente en el litio, pero esta se rompe en la descarga permitiendo voltajes cercanos a los 3.6 descarga permitiendo voltajes cercanos a los 3.6 volts. Esto permite una gran densidad energética. volts. Esto permite una gran densidad energética. Sus usos varían desde la aeronáutica, marcapasos a Sus usos varían desde la aeronáutica, marcapasos a cámaras automáticas.cámaras automáticas.

Pilas de sulfuro Litio-hierro:

• Estas pilas en porte miniatura ofrecen Estas pilas en porte miniatura ofrecen grandes capacidades y bajo costo. En grandes capacidades y bajo costo. En operaciones que requieren de 1.5 a 1.8 volts, operaciones que requieren de 1.5 a 1.8 volts, estas pueden ser un substituto a algunos estas pueden ser un substituto a algunos tipos de pilas alcalinas.tipos de pilas alcalinas.

•                         Pilas de dióxido de litio-manganeso: Pilas de dióxido de litio-manganeso: Estas poco a poco van ganando aceptación. Estas poco a poco van ganando aceptación. Tienen un voltaje de 2.8 volts, una alta Tienen un voltaje de 2.8 volts, una alta densidad energética y un costo bajo dentro densidad energética y un costo bajo dentro de las pilas de litio.de las pilas de litio.

Diferencias entre Pila Voltaica y Pila Alcalina

Pila voltaica

• Una pila voltaica aprovecha la electricidad de una Una pila voltaica aprovecha la electricidad de una reacción química espontánea para encender una reacción química espontánea para encender una bombilla (foco). Las tiras de cinc y cobre, dentro de bombilla (foco). Las tiras de cinc y cobre, dentro de disoluciones de ácido sulfúrico diluido y sulfato de disoluciones de ácido sulfúrico diluido y sulfato de cobre respectivamente, actúan como electrodos. El cobre respectivamente, actúan como electrodos. El puente salino (en este caso cloruro de potasio) puente salino (en este caso cloruro de potasio) permite a los electrones fluir entre las cubetas sin permite a los electrones fluir entre las cubetas sin que se mezclen las disoluciones. que se mezclen las disoluciones.

• Cuando el circuito entre los dos sistemas se Cuando el circuito entre los dos sistemas se completa (como se muestra a la derecha), la completa (como se muestra a la derecha), la reacción genera una corriente eléctrica. Obsérvese reacción genera una corriente eléctrica. Obsérvese que el metal de la tira de cinc se consume que el metal de la tira de cinc se consume (oxidación) y la tira desaparece. La tira de cobre (oxidación) y la tira desaparece. La tira de cobre crece al reaccionar los electrones con la disolución crece al reaccionar los electrones con la disolución de sulfato de cobre para producir metal adicional de sulfato de cobre para producir metal adicional (reducción). Si se sustituye la bombilla por una (reducción). Si se sustituye la bombilla por una batería la reacción se invertirá, creando una célula batería la reacción se invertirá, creando una célula electrolítica.electrolítica.

Pila Alcalina

• Su mayor costo se deriva de la dificultad de sellar Su mayor costo se deriva de la dificultad de sellar las pilas contra las fugas de hidróxido. Casi todas las pilas contra las fugas de hidróxido. Casi todas vienen blindadas, lo que impide el derramamiento de vienen blindadas, lo que impide el derramamiento de los constituyentes. Sin embargo, este blindaje no los constituyentes. Sin embargo, este blindaje no tiene duración ilimitada. Las celdas secas alcalinas tiene duración ilimitada. Las celdas secas alcalinas son similares a las celdas secas comunes, con las son similares a las celdas secas comunes, con las excepciones siguientes:excepciones siguientes:

• el electrolito es básico (alcalino), porque contiene el electrolito es básico (alcalino), porque contiene KOH KOH

• la superficie interior del recipiente de Zn es áspera; la superficie interior del recipiente de Zn es áspera; esto proporciona un área de contacto mayor. esto proporciona un área de contacto mayor.

• Las baterías alcalinas tienen una vida media mayor Las baterías alcalinas tienen una vida media mayor que las de las celdas secas comunes y resisten que las de las celdas secas comunes y resisten mejor el uso constante.mejor el uso constante.

• El voltaje de una pila alcalina es cercano a 1,5 v. El voltaje de una pila alcalina es cercano a 1,5 v. Durante la descarga, las reacciones en la celda seca Durante la descarga, las reacciones en la celda seca alcalina son :alcalina son :

• Ánodo: Zn (S) + 2 OH- (ac) → Zn (OH)2(s) +2 e- Ánodo: Zn (S) + 2 OH- (ac) → Zn (OH)2(s) +2 e- • Cátodo: 2 MnO2 (S) + 2 H2 O (l) + 2 e- → 2MnO (OH) Cátodo: 2 MnO2 (S) + 2 H2 O (l) + 2 e- → 2MnO (OH)

(s) + 2 OH-(ac) (s) + 2 OH-(ac) • Global: Zn (s) +2 MnO2 (s) 2H2O(l) → Zn (OH)2(ac) + Global: Zn (s) +2 MnO2 (s) 2H2O(l) → Zn (OH)2(ac) +

2MnO (OH) (s) 2MnO (OH) (s) • El ánodo está compuesto de una pasta de zinc El ánodo está compuesto de una pasta de zinc

amalgamado con mercurio (total 1%), carbono o amalgamado con mercurio (total 1%), carbono o grafito.grafito.

• Se utilizan para aparatos complejos y de elevado Se utilizan para aparatos complejos y de elevado consumo energético. En sus versiones de 1,5 consumo energético. En sus versiones de 1,5 voltios, 6 voltios y 12 voltios se emplean, por voltios, 6 voltios y 12 voltios se emplean, por ejemplo, en mandos a distancia (control remoto) y ejemplo, en mandos a distancia (control remoto) y alarmasalarmas..

• Las ventajas de esta pila son larga duración en Las ventajas de esta pila son larga duración en almacenamiento, lo cual permite guardarlas en almacenamiento, lo cual permite guardarlas en forma casi indefinidas; larga duración en el servicio, forma casi indefinidas; larga duración en el servicio, de alrededor de 4 veces la pila de Leclanché y con de alrededor de 4 veces la pila de Leclanché y con un volumen igual al de este; un peso reducido; una un volumen igual al de este; un peso reducido; una característica de voltaje aplanada (que es ventajosa característica de voltaje aplanada (que es ventajosa para los usos en electrónica); adaptabilidad para para los usos en electrónica); adaptabilidad para funcionar a altas temperaturas sin deterioro; alta funcionar a altas temperaturas sin deterioro; alta resistencia a los golpes y choques. La desventaja es resistencia a los golpes y choques. La desventaja es en el costo con respecto a la de Leclanché pero las en el costo con respecto a la de Leclanché pero las nuevas tecnologías de fabricación dan una nuevas tecnologías de fabricación dan una excelentísima relación costo/beneficio excelentísima relación costo/beneficio