Chispa eléctrica

Una chispa eléctrica es una descarga eléctrica repentina que ocurre cuando un campo eléctrico suficientemente alto crea un canal conductor ionizado eléctricamente en un medio normalmente aislante, que suele ser aire, otros gases o diversas mezclas de gases.

Chispa eléctrica en una bujía.
Benjamin Franklin provocando una chispa eléctrica.
Quemador de estufa de gas. La llama la inicia una chispa eléctrica en el lado izquierdo.
Transmisor de chispa utilizado para establecer comunicación hasta 10 km (c. 1900).
Soldadura por arco

La transición rápida desde un medio no conductor a un estado conductor produce una breve emisión de luz y un sonido agudo o como un chasquido. Una chispa se crea cuándo el campo eléctrico aplicado supera la rigidez dieléctrica del medio en el que se produce. Para aire, la rigidez dieléctrica es aproximadamente 30 kV/cm a nivel de mar.[1] Al comienzo, electrones libres del vacío (procedentes de rayos cósmicos o radiación de fondo) se aceleran por el campo eléctrico. Al ir chocando con las moléculas de aire se crean iones adicionales y se vuelven a liberar electrones que también se acelereran. En ciertas regiones del aire, el aumento exponencial de iones y electrones origina rápidamente el vacío y se convierten en zonas conductoras de electricidad en un proceso llamado chisporroteo. Una vez roto el vacío, la corriente eléctrica está limitada por la carga disponible (en el caso de una descarga electrostática) o por la impedancia de la fuente de alimentación externa. Si la fuente de alimentación continúa suministrando energía, la chispa evolucionará a un caudal continuo llamado arco eléctrico. Una chispa eléctrica también puede producirse dentro de sólidos o líquidos aislantes, pero los mecanismos de desglose son significativamente diferentes que para las chispas producidas en gases.

El relámpago es un ejemplo de una chispa eléctrica producida en la naturaleza, mientras diversas chispas eléctricas, grandes o pequeñas, se producen en objetos artificiales hechos con esa finalidad, pero en ocasiones se producen por accidente.

Historia

Alrededor de 600 AC, el filósofo griego Tales de Mileto observó que el ámbar podría ser electrificado al ser frotado con una tela y entonces atraer otros objetos y producir chispas. En 1671, Leibniz descubrió que las chispas estaban asociadas con fenómenos eléctricos.[2] En 1708, Samuel Wall efectuó experimentos con el ámbar frotando con telas para producir chispas.[3] En 1752, Thomas-François Dalibard y Benjamin Franklin independientemente demostraron que el relámpago y la electricidad eran equivalentes. En el conocido experimento del cometa de Franklin, obtenía chispas de una nube durante una tormenta.

Usos

Fuentes de ignición

Las chispas eléctricas se utilizan en bujías en motores de combustión interna de gasolina para encender la mezcla de combustible y aire.[4] La descarga eléctrica en una bujía se produce entre un electrodo central aislado y un terminal de masa en la base de la rosca. El voltaje necesario para producir la chispa lo proporciona una bobina de encendido o un magneto que está conectada a la bujía con un cable aislado.

Algunos sistemas de ignición utilizan chispas eléctricas para iniciar la combustión en algunos hornos y estufas de gas en vez de una llama piloto.[5] La autoreignición es una medida de seguridad que permite saber si el sistema de ignición está encendido al valorar la conductividad eléctrica de la llama y utiliza esta información para determinar si una llama de quemador está encendida.[6] Esta información se utiliza para detener un dispositivo de ignición o volver a encender la llama.

Aprovechando la piezoelectricidad de algunos materiales también se provoca una chispa en los encendedores eléctricos para iniciar la combustión.

Comunicaciones radiofónicas

Una transmisor de chispa utiliza un arco eléctrico para generar una radiación electromagnética de radiofrecuencia que puede ser utilizada como transmisores para comunicación inalámbrica.[7] Los transmisores de chispa eran muy utilizados en las primeras tres décadas de radiocomunicación entre 1887 y 1916. Más tarde fueron sustituidas por las válvulas termoiónicas y en 1940 ya no se empleaban. La amplia utilización de los transmisores de chispa hizo que se utlizara el apodo de "chispa (spark)" para el agente radiofónico de un barco.

Metalistería

Las chispas eléctricas se utilizan en diferentes tipos de metalworking. En electroerosión se utiliza para sacar material de una pieza de trabajo.[8] La electroerosión se emplea en para metales duros o que son difíciles de trabajar con técnicas tradicionales.

Sinterización por chispa de plasma (SPS) es una técnica de sinterización que emplea un pulso de corriente continua que atraviesa un polvo conductor en una matriz de grafito.[9] El SPS es más rápido que convencional prensado isostático en caliente, donde el calor se proporciona por elementos de calefacción externa.

En soldadura se crea una chispa eléctrica, denominada arco eléctrico, que funde el metal y une las partes.

Análisis químico

La luz que producen las chispas eléctricas pueden ser recogidas y utilizadas para un tipo de espectroscopia llamada espectroscopia de emisión de chispa.[10]

Un pulso de láser de alta energía suele producir una chispa eléctrica. La espectroscopia de plasma inducido por láser (LIBS) es un tipo de espectroscopia de emisión atómica que emplea el pulso de un láser de alta energía para excitar átomos en una muestra. LIBS También se ha llamado espectroscopia de chispa del láser (LSS).[11]

Las chispas eléctricas también pueden emplearse para crear iones para espectrometría de masas.[12]

Véase también

Referencias
  1. Meek, J. (1940). «A Theory of Spark Discharge». Physical Review 57 (8): 722. Bibcode:1940PhRv...57..722M. doi:10.1103/PhysRev.57.722.
  2. Kryzhanovsky, L. N. (1989). «Mapping the history of electricity». Scientometrics 17: 165. doi:10.1007/BF02017730.
  3. Heilbron, J. L.; Heilborn, J. L. (1979). Electricity in the 17th and 18th centuries: a study of early Modern physics. Berkeley: University of California Press. ISBN 0-520-03478-3.
  4. The Bosch book of the Motor Car, Its evolution and engineering development, St. Martin's Press, copyright 1975, Library of Congress # 75-39516, pp 206-207.
  5. Bill Whitman, Bill Johnson and John Tomczyck (2004). Refrigeration and Air Conditioning Technology, 5E. Clifton Park, NY: Thomson Delmar Learning. pp. 677ff. ISBN 1-4018-3765-4.
  6. Ed Sobey (2010). The Way Kitchens Work: The Science Behind the Microwave, Teflon Pan, Garbage Disposal, and More. Chicago, Ill: Chicago Review Press. pp. 116. ISBN 1-56976-281-3.
  7. Beauchamp, K. G. (2001). History of telegraphy. London: Institution of Electrical Engineers. ISBN 0-85296-792-6.
  8. Jameson, Elman C. (2001). Electrical discharge machining. Dearborn, Mich: Society of Manufacturing Engineers. ISBN 0-87263-521-X.
  9. Munir, Z. A.; Anselmi-Tamburini, U.; Ohyanagi, M. (2006). «The effect of electric field and pressure on the synthesis and consolidation of materials: A review of the spark plasma sintering method». Journal of Materials Science 41 (3): 763. Bibcode:2006JMatS..41..763M. doi:10.1007/s10853-006-6555-2.
  10. Walters, J. P. (1969). «Historical Advances in Spark Emission Spectroscopy». Applied Spectroscopy 23 (4): 317. Bibcode:1969ApSpe..23..317W. doi:10.1366/000370269774380662.
  11. Radziemski, Leon J.; Cremers, David A. (2006). Handbook of laser-induced breakdown spectroscopy. New York: John Wiley. ISBN 0-470-09299-8.
  12. Dempster, A. J. (1936). «Ion Sources for Mass Spectroscopy». Review of Scientific Instruments 7: 46. Bibcode:1936RScI....7...46D. doi:10.1063/1.1752028.

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