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El rayo frente a las pilas: un culombio en términos cotidianos

Estoy tratando de decidir si la información de la página de la wikipedia

http://en.wikipedia.org/wiki/Coulomb#In_everyday_terms

es razonable. En particular, la afirmación de que un rayo tiene unos 15 culombios, mientras que una pila tiene 5000. Mi primer instinto es que esto es claramente incorrecto (un rayo es un acontecimiento tan energético, y una pila parece más bien inocente), pero luego, al reflexionar, un rayo dura sólo una cantidad de tiempo extraordinariamente corta. Al final no estoy seguro de cómo comprobar si esto tiene sentido.

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Hrvoje Puntos 4248

Una fuente común de confusión es la diferencia entre energía y potencia. Una barra de Snickers, por ejemplo, tiene más energía que una granada de mano. Se podría decir que la explosión de una granada es "energética", pero la clave aquí es su poder (P), o la capacidad de convertir la energía (E) extremadamente rápidamente, en un tiempo muy corto (t):

$$P = \frac{E}{t}$$

Del mismo modo, existe una analogía en el mundo eléctrico, donde la carga (Q), la corriente (I), la tensión (V), la potencia y la energía no siempre van de la mano.

Las ecuaciones que relacionan todo eso son las siguientes:

$$ I = \frac{Q}{t} $$

$$ P = I{\cdot}V $$

$$ E = P{\cdot}t = I{\cdot}V{\cdot}t $$

$$ Q = I{\cdot}t $$

En el caso de un rayo, tanto V como yo somos extremadamente alto, por lo que el poder es extrema, pero t es bastante baja, por lo que la alta corriente y el corto tiempo se mitigan un poco, por lo que no hay una inmensa cantidad de carga. Hay que tener en cuenta que lo único que influye el voltaje es la cantidad de energía que el la misma cantidad de carga lleva.

Poniendo algunos números, 120 kA y 30 µs, obtenemos 3,6 culombios cerca de lo que tú tienes. El artículo de Wikipedia, sin embargo, dice que hay un poco de variabilidad ("hasta 350 C"), pero están dentro de un par de órdenes de magnitud, y después de haber visto unas cuantas tormentas eléctricas, algunas huelgas son grandes y carnosas, otras no tanto.

En una batería, el voltaje es patético comparado con un golpe de luz, pero eso es irrelevante para calcular la carga. Lo que es clave es que es capaz de proporcionar una corriente que es varios órdenes de magnitud menos para docenas de órdenes de magnitud más largos. Un miliamperio durante una hora (1 mA-h) equivale a 3,6 culombios (mira, lo mismo que nuestro golpe de luz de 120 kA, 30 µs), y las baterías suelen tener capacidades de miles de mA-h (2000 mA-h es lo típico para una pila AA).

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Mark Turner Puntos 1452

Probablemente sea cierto, mantén la energía y la carga separadas ( mentalmente) miden cosas diferentes.

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Chris_45 Puntos 174

Tu instinto era correcto. El artículo es engañoso.

El artículo ignoraba la tensión. Si se utiliza el Analogía hidráulica La tensión es como la temperatura/presión del agua. Esencialmente, el agua de la batería tiene una temperatura/presión extremadamente baja. Sin embargo, la temperatura/presión del agua del rayo es ENORME. Básicamente, hay MUCHA MÁS ENERGÍA TOTAL (julios) en el rayo que en la batería. Esto se mide en julios (kg.m/s^2).

Comparemos la ENERGÍA TOTAL del rayo y de la batería.

$$Volts = \frac{Joules}{Coulombs}$$

Un rayo:

15 culombios

500 millones de voltios

15C x 500000000V = 7,5 mil millones de julios (kg.m/s^2)

Batería AA:

5000 culombios

1,5 voltios

5000C x 1,5V = 7.500 julios (kg.m/s^2)

Hay un millón de veces más energía en un rayo que en una pila AA.

¿Por qué la confusión? La batería envía muchos más electrones a través de los cables (5.000 culombios), pero esos electrones casi no tienen energía. En comparación, el rayo envía un número muy pequeño de electrones (15 culombios), pero esos pocos electrones llevan una energía total mucho mayor.

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