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¿Sabías que los coches eléctricos tienen baterías con tanta energía como 20.000 pilas AA? Las pilas tienen muchas formas y tamaños, y la mayoría de nosotros utilizamos aparatos eléctricos que obtienen su energía de las pilas, tanto si vemos las pilas (en las linternas) como si no (en los teléfonos). Todos sabemos que las pilas proporcionan electricidad, pero ¿qué son exactamente las pilas, cómo suministran energía y cuáles son sus propiedades físicas? Este artículo responde a todas estas preguntas.
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Regístrate gratis¿Gana una partícula cargada menos o más energía cuando viaja a través de una diferencia de potencial mayor?
¿La tensión de una pila es siempre igual a la suma de las tensiones de las celdas que contiene?
Cuando una partícula cargada se desplaza a causa de una pila, ¿qué efectos tiene esto sobre la pila?
Supongamos una pila con una tensión V y una partícula con carga positiva C. La distancia entre los polos de la pila es d. La partícula viaja del ánodo al cátodo. ¿Qué haría que la energía química de la pila disminuyera aún más?
¿Gana una partícula cargada menos o más energía cuando viaja a través de una diferencia de potencial mayor?
¿La tensión de una pila es siempre igual a la suma de las tensiones de las celdas que contiene?
Cuando una partícula cargada se desplaza a causa de una pila, ¿qué efectos tiene esto sobre la pila?
Supongamos una pila con una tensión V y una partícula con carga positiva C. La distancia entre los polos de la pila es d. La partícula viaja del ánodo al cátodo. ¿Qué haría que la energía química de la pila disminuyera aún más?
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Enviar comentariosPara entender qué son las pilas, primero tenemos que entender qué es una célula eléctrica.
Una pila eléctrica es un objeto que almacena energía química. Esto puede hacerse de numerosas maneras, ninguna de las cuales es importante comprender para entender el comportamiento eléctrico de las células. Basta con saber que alguna interacción química hace que la célula tenga una diferencia de potencial eléctrico (diferencia de potencial o tensión) entre dos puntos de la pila, que llamamos sus polos. El polo positivo se define como el polo por el que se repelen las cargas positivas, y el polo negativo es el polo que no es el polo positivo.
La tensión o diferencia de potencial entre dos puntos es la cantidad de energía que gana una unidad de carga al desplazarse entre esos dos puntos.
Que una partícula
¡Vemos que la energía ganada dividida por la carga es la misma para ambas partículas! Esta cantidad es la misma para todas las partículas, y sólo es una propiedad de la célula. Por tanto, podemos darle un nombre (voltaje o diferencia de potencial) y asignarla como propiedad de la célula.
La definición de pila se basa totalmente en la de célula eléctrica. En general, una pila es cualquier sistema de una o más celdas unidas en una combinación de uniones en paralelo y en serie, pero al nivel de este artículo, la siguiente definición es adecuada.
Una pila es un sistema de dos o más celdas unidas en serie.
Como resultado, una pila tiene un polo positivo y un polo negativo, y la diferencia de potencial de una pila es la suma de las diferencias de potencial de las celdas individuales dentro de la pila, dado que las celdas están unidas mirando en la misma dirección (lo que significa que el extremo negativo de una celda está conectado a la celda positiva de otra celda).
Pilas con indicación del polo positivo mediante un signo +.
Las pilas contienen celdas que contienen energía química, lo que provoca una tensión entre sus polos. Si colocamos una partícula con carga positiva cerca del polo positivo de una pila, la tensión la empujará hacia el polo negativo de la pila (véase la figura siguiente). Esto significa que la pila realiza un trabajo sobre la partícula (porque ejerce una fuerza a lo largo de una distancia), por lo que la pila pierde energía en este proceso. Esta energía procedía de la energía química del interior de la pila: la pila convertía su energía química en trabajo. Por tanto, después de este proceso, la pila contiene menos energía química.
Una batería ejerce una fuerza sobre una carga positiva, empujándola del polo positivo al polo negativo en el proceso, StudySmarter Originals.
El porcentaje mostrado de la batería de tu teléfono es una medida de cuánta energía química queda dentro de la batería de tu teléfono. Si utilizas mucho el teléfono, necesitará más trabajo (porque hay que empujar las partículas cargadas para que funcione el teléfono), por lo que hay que convertir más energía química de la batería en trabajo. Como resultado, tu teléfono se apagará antes.
El diseño químico y la composición de una batería determinarán cuánta energía química contiene y, por tanto, cuánta energía eléctrica puede proporcionar. También determinará la diferencia de potencial entre los polos de la pila.
Recuerda que la tensión determina cuánta energía gana una unidad de carga al atravesar la diferencia de tensión. El trabajo
(porque la tensión es la energía obtenida dividida por la carga de una partícula). Por tanto, una pila con un voltaje más alto ejercerá una fuerza mayor sobre una carga que una pila con un voltaje más bajo sobre la misma carga.
La capacidad de la pila es la carga total que puede desplazar de un polo a otro. Se mide en unidades SI en
En resumen, las pilas tienen propiedades como la capacidad de la pila, el voltaje y la capacidad energética.
En física y electrotecnia, existen símbolos para cada elemento de un circuito eléctrico, y las pilas y baterías no son una excepción. En la siguiente figura se muestran los símbolos de una célula eléctrica y una pila.
Arriba está el símbolo de una célula eléctrica, y abajo el de una pila, Wikimedia Commons.
Vemos que el símbolo de una pila es una representación gráfica de lo que es una pila, es decir, un par de células eléctricas unidas en serie.
Las pilas se utilizan habitualmente en aparatos eléctricos, ejemplos de los cuales son los teléfonos, los relojes digitales, los ordenadores portátiles y los coches. En todos estos ejemplos, la función de una pila es proporcionar energía eléctrica a un sistema. La finalidad de esta energía difiere de un caso a otro. En los teléfonos, relojes y ordenadores portátiles, esta energía se utiliza principalmente para hacer funcionar el sistema y hacer que se ilumine una pantalla, mientras que en los coches, esta energía se utiliza para alimentar el motor de arranque, los faros y los intermitentes, entre otras cosas. En los vehículos eléctricos, la energía de la batería se utiliza principalmente para alimentar los motores eléctricos que hacen que el coche se mueva: éste es un ejemplo en el que la energía de la batería se convierte principalmente en energía cinética.
La energía química de una pila puede proceder de una gran variedad de composiciones químicas, y la transferencia de energía química a energía eléctrica puede producirse mediante muchas reacciones químicas o físicas diferentes dentro de la pila. Esto significa que hay muchos tipos diferentes de pilas.
A modo de ejemplo, vamos a enumerar tres de los tipos de pilas más comunes.
Una pila de iones de litio funciona sobre la base del movimiento de iones de litio a través de la pila, lo que provoca una pérdida de energía química y una ganancia de energía eléctrica. Estas baterías suelen encontrarse en tus aparatos eléctricos y en los vehículos eléctricos.
Una antigua batería de iones de litio que va en un ordenador portátil.
Una batería de níquel-cadmio funciona sobre la base de una reacción química entre el hidróxido de óxido de níquel y el cadmio metálico, que produce como resultado sustancias químicas y energía. Algunos aparatos eléctricos, como los taladros, utilizan este tipo de batería. Estas pilas de níquel-cadmio son recargables.
Una pila alcalina funciona sobre la base de una reacción química entre el zinc y el dióxido de manganeso. Estas pilas no son recargables. Algunos aparatos eléctricos, como radios y linternas, utilizan este tipo de pilas.
Una pila alcalina.
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Lily Hulatt is a Digital Content Specialist with over three years of experience in content strategy and curriculum design. She gained her PhD in English Literature from Durham University in 2022, taught in Durham University’s English Studies Department, and has contributed to a number of publications. Lily specialises in English Literature, English Language, History, and Philosophy.
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Gabriel Freitas is an AI Engineer with a solid experience in software development, machine learning algorithms, and generative AI, including large language models’ (LLMs) applications. Graduated in Electrical Engineering at the University of São Paulo, he is currently pursuing an MSc in Computer Engineering at the University of Campinas, specializing in machine learning topics. Gabriel has a strong background in software engineering and has worked on projects involving computer vision, embedded AI, and LLM applications.
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