CULTURA, CIENCIA, DIVULGACIóN

Profesor vs. 200.000 voltios: cómo convertir una aburrida clase en un rato de emoción e intriga

#2 #5 Dependerá del voltaje también, ¿no? Me imagino que 30.000 amperios con un voltaje entre extremos casi nulo tampoco serían gran cosa.

El problema es que no somos lo suficientemente buenos conductores eléctricos como para tener un voltaje nulo entre el brazo y el suelo ;)
#2, #3 sólo un amperio puede matarte.

#9, si se está hablando de que pasan 10 amperios, por ejemplo, se supone un alto voltaje, o bien un genial conductor eléctrico, pero siempre con voltaje. Sin voltaje no pasan amperios. O mejor dicho, sin diferencia de potencial no circulan electrones. xD
#9 Aquí alguien con estudios de electrónica. Las cosas no funcionan exactamente así. No puedes tener grados de libertad en todas las variables de la ley de Ohm que intervienen en un circuito real. Vamos, que no puedes poner los valores que quieras, sino que normalmente existen dos variables que fuerzan a la otra a tomar un valor.
Y en la naturaleza existen muy pocas (quizá ninguna) fuentes "de intensidad", pero sí muchas cosas que producen voltaje (diferencias de potencial entre dos puntos).

En la práctica, lo que ocurre es que el fenómeno natural (en este caso un rayo) es unvoltaje muy alto, hasta el punto de romper el aislamiento eléctrico del aire que hay entre un punto del aire y la tierra. Cuando esto ocurre, se libera toda esa diferencia de potencial en forma de corriente eléctrica repentina.

La intensidad es lo que realmente te mata, pero la intensidad viene determinada por la ley de Ohm, es decir, que depende del voltaje y de la resistencia. El voltaje ya viene dado (por así decirlo) y la resistencia la pone toda la materia de que haya por el medio (y simplificando, es en serie con lo cual se sumarían las resistencias). Es decir, que esa intensidad depende de lo bestia que sea la tensión acumulada y de la resistencia de aquello por donde pase. Determinar la resistencia del cuerpo es harto complicado porque depende de:
- puntos de contacto: no es lo mismo que la corriente eléctrica entre por la cabeza que por un codo
- superficie de contacto: cuanto menor sea el area por la que entra la corriente, más resistencia habrá
- humedad y salinidad de los puntos de contacto: las partes húmedas de la piel conducen bien la electricidad mientras que las partes secas hacen lo contrario. La salinidad otro tanto.
- recorrido interno por el cuerpo: la electricidad normalmente tiende a seguir el camino de menos resistencia hacia la "salida" del circuito (punto de menor potencial). Es básicamente impredecible saber de antemano por qué lugares del cuerpo irá la corriente, ya que depende de muchos factores que cambian constantemente.

El problema, aparte de las quemaduras, que dependen de la intensidad, son las fibrilaciones coronarias (que se pare el corazón, vamos) y los espasmos musculares, que pueden hacer que des un salto inhumano y descontrolado y te lanzes tú mismo contra una roca (o lo típico de que te "quedes pegado", en realidad son músculos que se niegan a obedecer). Todo esto depende de que la corriente pase por esos puntos del cuerpo.

Así que resumiendo:
- Un rayo para perforar el aislamiento dieléctrico del aire necesita un mínimo de voltaje, ya adelanto que para perforar el dieléctrico del aire ese mínimo es muy grande.

- Si tenemos la mala suerte de formar parte de ese camino de menor resistencia hacia tierra, la corriente circulará por nosotros.

- La resistencia que opongamos dependerá de todos los factores que comenté más arriba.

- A resistencias más altas, menores intensidades pasarán por todo el circuito (y por tanto por nosotros).

- Podemos tener suerte y que un objeto intermedio haga de resistencia previa antes de pasar por nosotros. En ese caso la resistencia total del circuito sería mayor y contribuiría a reducir la intensidad.

- Básicamente es una lotería. Podemos tener suerte y oponer millones o miles de millones de ohmios y que se quede en un susto, o puede ocurrir lo contrario, oponer sólo miles o cientos de ohmios y no contarlo.

No obstante si no recuerdo mal sólo 1 de cada 4 accidentes con rayos son mortales, la mayoría de las veces porque el rayo no impacta directamente sino que se reparte o símplemente cae cerca sin impactar en la víctima (que sí sufrirá los efectos indirectos).
#32 Al hilo de lo que comentas sobre espasmos al electrocutarte...
Por eso siempre se dice que cuando se coja un cable, por muy convencido de que no pase "corriente", siempre se ha de hacer con el reverso de la mano y no con la palma, ya que si se coge con la palma, la corriente hará que se cierren los dedos por el espasmo sobre el cable y te quedes "pegado", sin embargo, si se toca con el reverso sentirás la descarga y la mano saldrá despedida.
(todo esto explicado de forma bastante gruesa)
#32 Muy buena explicación. Mis dies
#32 cuanto más alta sea la resistencia, mayor será la intensidad, siempre que la tensión sea la misma. Menor voltaje, mayor intensidad. La ley de ohm dice que intensidad es igual a resistencia dividido por voltaje. Si aumentamos resistencia, el amperaje sube.
#52 NO. La ley de Ohm es I = V/R. Si subes R (resistencia) a un mismo V(Voltaje) la I(Intensidad) disminuye.
Para mas info es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Ohm.
#54 Tienes razón, me equivocaba por completo, creo que he confundido resistencia con potencia, ya que más potencia, mayor amperaje. De todos modos error garrafal por mi parte...
#32 a ver, yo sigo teniendo dudas con el tema desde hace años y nadie me lo ha sabido explicar de forma que lo entienda intuitivamente.

I = V/R

Si esto está a 200kV y un ser humano resiste unos 4kOhm, I = 50A que hasta donde yo entiendo sí es una corriente capaz de matar a un ser humano.

¿Qué es lo que me falta para entender por qué el tío del video no muere? En el video lo explican como que hay mucha diferencia de potencial pero poca corriente, pero la R del ser humano es constante y la V del generador también, por lo que la I está definida.

Lo único que se me ocurre es que la fuente de electrones sea intermitente y por tanto, sí, conduces en cualquier caso los 50A (culombios/segundo) pero durante el suficiente poco tiempo (se "gastan" los culombios) para que no sea mortal. ¿Van por ahí los tiros?


#50 esa explicación también la he oído pero sigo sin entenderlo. ¿Cómo puede suministrar voltaje pero no intensidad si la intensidad va en medida del voltaje y la resistencia, que son constantes?

Algo no acabo de cazar...


EDIT: Vale, acabo de ver #49 y veo que la intuición de que los electrones se gastan era la correcta.
#56 Te falta tener en cuenta la corriente(intensidad) que puede suministrar la fuente de alimentación.

Lo vas a entender enseguida.

Una batería de coche son 12V, pero puede suminitrar unos 80 A/hora de corriente nominal.

Ocho pilas de 1.5 Voltios puestas en serie suministran 12 voltios, pero la intensidad máxima que puede suministrar son unos 2A (2000mA) (al estar en serie la corriente del conjunto es la misma que una sola, no se suman).

Pero con ocho pilas no puedes alimentar un coche (no hablo del arranque), sino del funcionamiento para radio, luces, etc

¿porqué? por que la batería suministra (aguanta si quieres entenderlo así) mucha más corriente.

Aunque el voltaje sea el mismo en ambos casos (12V), la cantidad de corriente que soporta una y otra no lo es.

¿porqué no muere cuando se electrocuta con 200000V): porque la fuente está regulada para limitar la corriente, le habrá puesto una corriente si mal no recuerdo de 10 mA, que no es letal.

Pero si se electrocutara con una fuente que aguantase 50 A con un voltaje de 200000 voltios (una fuente de 10 MegaVatios) (200e3*50) se freiría si la fuente fuese autónoma (sin estar conectada a la red eléctrica, ni tener protecciones)...

y 10 Megavatios son muuuuuuuchos megavatios...
#56 Si haces bien el cálculo y te da 50A quiere decir que con la resistencia del cuerpo humano aplicado 200k V podrían pasar 50A de corriente por nuestra "resistencia" (cuerpo). Pero resulta que si la fuente de alimentación solamente puede suministrar 40 A ¿A que no pasan 50? Pasan los 40 que la fuente suministra. ¿Y si sólo puede suministrar 0,0001A? Pues que aunque pasen, no te enteras apenas y no te mueres.

Caso inverso con la batería de coche. Puede suministrar un amperaje mortal. Pero lo da a 12V y con ese voltaje tu cuerpo deja pasar solamente una intensidad tan baja que puedes tocar los bornes de una batería de camión sin problemas.

¿Te has fijado que la tela de un paraguas deja pasar algo de agua si viene muy fuerte? La velocidad que trae el agua depende de como de alto cae, diferencia de potencial, voltaje. La cantidad de agua sería la intensidad. Una gota casi supersónica atravesara totalmente la tela pero poco te va a mojar, no hay intensidad o cantidad de agua, podría pasar un metro cúbico por minuto... Pero tu solo tienes una gota y no te enteras de los 200kV. Pero si te pones debajo del caño de un alero, cayendo de más bajo pasa sólo un parte del agua en vez de toda (con menos voltaje puede pasar menos intensidad, ahora sólo sería 15 litros por minuto) pero pasa toda esa que puede pasar porque la tienes disponible y te pones pingando.. Te electrocutas con 220V de casa.
Si solamente la posas sobre el paraguas cae de tan bajo que sólo dejaría pasar una cantidad ínfima y aunque pasen cientos de litros sobre la tela (mucha intensidad disponible) no se filtra nada (batería de 12v y 50A) así que no te enteras.


#58 te pone el ejemplo con las pilas.
#59 De 200kV si que te enteras si la fuente puede mantener esos voltios el suficiente tiempo. Si la fuente es capaz de mantener 200kV durante 1ms, tendrás que por tu cuerpo habran pasado 20kWs (20Mw durante 0,001s) o 20kJ, capaces de parar tu corazón o de calentarte algunos tejidos (sin embargo todavía no sería más que la energía que gastaras en unos minutos moviendote, es decir, sobre unas 5 kCal, y aproximadamente la energía que se liberaría al quemar 1g de azucar.

Pero da igual el tiempo que pase, si mueres, explotas, o no explotas, si el generador vacía su acumulador de carga (que no es otra cosa que un condensador), y pongamos que sólo puede generar constantemente 10mA (el hecho de que la resistencia interna del generador sea muy alta lo convierte en un generador de corriente constante, lo que implica que siempre se genera esa corriente sin importar el voltaje que exista en el acumulador de carga, funcionando como un sistema de "bombeo" de carga. Cuando el generador sólo puede proporcionar 10mA, y la resistencia por la que retornan a tierra los electrones es de 2kOhm, en la esfera ya no hay 200kV sino 20V (2000*0.01), que apenas sirven para encender a media intensidad una tira de 10 leds vulgares (los leds brilla al máximo con 20mA).

Un flash (antiguo, no de led) funciona con el mismo sistema. Se alimenta con dos pilas AA de 1,5V, lo que hace que el sistema de bombeo de carga funcione a 3V. Eso sí, la lampara de xenon que dispara el flash se dispara al hacer la foto con un voltaje mínimo de 3000V. La bomba (generador de corriente constante) va acumulando carga en un condensador gordo y mientras acumula carga el voltaje sube hasta que o bien no puede subir más porque las pérdidas de corriente aumentan conforme sube el voltaje y hay un momento en el que el condensador se pierden la misma cantidad de electrones que entran cada segundo (y que como se conserva la energía que entra y sale de la pila y el condensador se llena cada vez más rápido de energía porque hay la misma corriente pero cada vez más voltaje, llega un momento en que la pila da la máxima corriente y no puede dar más sin que baje su voltaje por lo que se llega igualmente a un equilibrio, que suele rondar entre los 1 y 5W). Cuando se le da al flash, se pasa de una resistencia infinita en el condesador a una que no es infinita, la de la lámpara que una vez cebada su resistencia es muy pequeña y permite que se descargue toda la energía del condensador a través de ella. Mientras no se desconecte el flash, aunque no se ilumine nada más que por un instante, la corriente del generador encontrará el camino del flash para poder retornar y así que hasta que no se desconecte la lámpara, sólo habrán 3V en sus terminales (los de las pilas). Eso sí, cuando se desconecte, en varios segundos el condensador volverá a almacenar carga y el voltaje volverá a subir por encima de 3000V.
Woops justo envío #61 y veo que #60 viene a confirmar mi intuición.

Vamos, que en realidad no es una fuente de 200kV sino de 10mA (corriente constante, no diferencia de potencial constante) y los 200kV son los que tiene acumulados (cual condensador) antes de tocarlo.

Para tratar de enseñar, el video es verdaderamente confuso por no decir engañoso.
#62 Pues si, porque en todos los sitios se define el generador de Van der Graaf como un generador de corriente constante en el que la tensión variará dependiendo de la resistencia entre sus extremos.
#66 no digo que la resistencia sea constante sino que es una constante (en el sentido matemático). Si nos la cogemos con papel de pinzas nada es constante (ni la intensidad ni el voltaje ni nada).

La potencia es una medida a posteriori y necesitas la ley de Ohm, así que no me dice mucho porque tienes exactamente el mismo problema en responder mi pregunta (¿por qué no respeta la ley de Ohm?).

La explicación correcta es la de #60: lo que es constante es la corriente y no la diferencia de potencial, como da a entender el video de #0.
#67 La potencia no es una medida a posteriori si hablamos de fuentes de alimentación. Lo pone en la etiqueta, bien antes de que te electrocutes. Y en sentido estricto no es a posteriori excepto en tu mente. La potencia instantanea puede medirse y calcularse: V * I). .

La resistencia en el cuerpo humano no se puede asumir como constante en ningún caso. Probablemente durante la acción de un rayo haya diversos cambios, y muy probablemente se ramifique dentro del cuerpo (al igual que ocurre en el aire). Puedes comprobarlo con un polímetro y ver como influye absolutamente cualquier mínimo movimiento de las bornas, ángulo incluido.

Te están diciendo que la ley de ohm se cumple. Lo que no se cumple es que una fuente de energía entregue potencia infinita. La potencia que puede desarrollar una fuente (y en el experimento ES una fuente) tiene un límite, y más allá de él no va a aumentar más ni voltaje ni intensidad (las fuentes también tienen límites en la tensión que pueden crear).
De hecho las fuentes tienen medidas de seguridad para impedir que la intensidad pase de cierto valor para evitar su autodestrucción: se llaman fusibles. En un cortocircuito, no se producen intensidades infinitas, sino todo lo altas que la fuente puede dar, dando lugar a la fusión de los materiales conductores.

O dicho de otro modo, la teoría es una cosa y la práctica es otra. Al igual que en física de bachillerato se obvia el rozamiento.
En el caso de un rayo, que tiene potencia para aburrir, no existe esta limitación. En el experimento sí.
#68 a ver, creo que me has entendido mal. No digo que lo que dices sea mentira, sino que tu explicación me lleva a la misma pregunta. Probablemente por falta de entendimiento mía, tú verás algo que yo no veo y por tanto no me dice nada.

Mi explicación:

"La resistencia en el cuerpo humano no se puede asumir como constante en ningún caso."

Lo cual es cierto pero irrelevante porque la varianza en tu resistencia es tan pequeña frente a los 200kV (la varianza no es ni de un orden de magnitud) que se puede obviar para los cálculos que nos ocupan (en la práctica).

"La potencia que puede desarrollar una fuente (y en el experimento ES una fuente) tiene un límite, y más allá de él no va a aumentar más ni voltaje ni intensidad"

Lo que dices vuelve a ser verdad pero sigue sin responder mi pregunta, porque para entender la potencia requiero de la ley de Ohm (es decir, de la relación entre voltaje, intensidad y resistencia) que ya se está incumpliendo así que sigo exactamente en las mismas.

"De hecho las fuentes tienen medidas de seguridad para impedir que la intensidad pase de cierto valor para evitar su autodestrucción: se llaman fusibles."

Exacto. Si no se han fundido (o el propio humano como conductor en el circuito) será que la fuente no ha pasado de su potencia nominal y por tanto es irrelevante, ¿no? He cortocircuitado alguna que otra pila de 9V sin querer y quema de cojones.

La solución para mí es simple: no se está violando la relación ni sobrepasando su potencia nominal, sino que el titular (y durante todo el video, que habla de 200kV continuamente) mienten, ya que los 200kV sólo se dan en t=0.

Sólo digo que es engañoso hablar de una fuente de 200kV cuando en realidad tienes una fuente de 10mA (produciendo una diferencia de potencial variable, según requiera la resistencia de la carga) mientras que en el video el profesor dice varias veces, según toca el terminal, "ahora estoy a 200kV" cuando en realidad está a 20V.
#67 Y si el experimento se hace con una fuente de corriente, más a mi favor. Puedes meter todo el voltaje que te dé la gana, si no pasas de cierto amperaje. Lo normal no es tener en ningún sitio fuentes de corriente, sino de tensión, donde se aplicaría lo que cuento para un rayo (que es el caso que cuento más arriba, no el del video).
#59 las metáforas de la lluvia las entiendo de sobra pero son eso, metáforas, así que por definición no explican un hecho sino que sólo lo asemejan de forma burda y en el fondo no me dicen nada (o incluso me confunden). Yo busco una explicación física.

Especialmente recalco tu frase: "Pero resulta que si la fuente de alimentación solamente puede suministrar 40 A" a lo que yo respondo "Pues entonces el voltaje o la resistencia serán otros para respetar la ley de Ohm". Si tu supuesto es que el amperaje es otro apaga y vámonos :-P

Igual que no puedes decir "batería de 12v y 50A" porque entonces según la ley de Ohm resistiría la carga 0.24 Ohmios y no los 2kOhm que resiste mi mano del índice al anular según mi polímetro.

A ver si explico mejor mi duda: la cuestión es que la resistencia de tu cuerpo es "constante" (al menos no depende de la fuente eléctrica) y los 200kV del generador asumo lo son (si no, sería engañoso hablar de un generador de 200kV), por tanto no hay ningún grado de libertad (porque la ley de ohm tiene 2 grados de libertad y la tercera variable depende de las dos primeras). En tu explicación sigo viendo tres grados de libertad, como si voltaje, intensidad y resistencia no fueran variables dependientes entre sí, así que mi duda sigue exactamente igual.


#58 lo tuyo lo he entendido, pero creo que se resume básicamente en, como dije, que los electrones se "gastan". ¿Me equivoco o sigo sin entender alguna sutileza?

Y la pregunta se mantiene: si la cuestión es que mi resistencia es constante pero la intensidad que puede suministrar es menor... ¿No es engañoso hablar de 200kV? ¿O no cumple la ley de Ohm? ¿O simplemente como comento la intensidad es la misma, se cumple la ley de Ohm, pero al gastarse los electrones esta acaba siendo intermitente al haber una tasa de "generación" de electrones menor a su "consumición"?

Es decir, la respuesta a mí pregunta sería: no es que se incumpla la ley de Ohm sino que esta sólo es válida de forma instantánea y no a lo largo del tiempo para los valores de 200kV y 2kOhm. Mientras, a lo largo del tiempo en realidad no ha habido 200kV sino (si como dices está regulada a 10mA) 20 voltios y esos 200kV sólo son de forma instantánea mientras que no haya camino hacia tierra (antes de tocarlo), algo así como un condensador.

¿Es así?

Entrecomillo "gastan", "generación" y "consumición" porque los electrones ni se crean ni se destruyen pero no se me ocurre un término más adecuado.
#56 La resistencia de un ser humano NO es constante. Ese es el primer error. De hecho en mi post anterior lo expliqué con cierto detalle, así que supongo que no lo habrás leído. Coge un polímetro y encontrarás pares de puntos con variaciones enormes entre sí.

El otro error es asumir que la potencia de la fuente es infinita. La potencia en un momento dado se calcula como V * I. Si la fuente es de 1W no importa cuanto bajemos la resistencia, que no va a entregar más de 1W (el producto de V * I nunca superará 1 en ese caso). Esto quiere decir que según aumentemos la tensión, la intensidad aumentará (proporcionalmente a la resistencia) hasta un máximo, a partir del cual dejará de aumentar.

En teoría sería posible electrocutarse mortalmente con 1V si tuviésemos una fuente de 1W y nuestra resistencia fuese de sólo 1 Ohmio (circularía 1 A). Pero nuestra resistencia no es tan baja, por eso no te electrocutas con una pila de petaca (aunque se note en la lengua puesto que la humedad hace que la resistencia disminuya).

menéame