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

#39 Te lo explico muy fácil. El generador crea un voltaje (diferencia de potencial) entre ambas esferas. Solo llega a un límite que es el equilibrio en el que inyecta electrones al mismo ritmo que las esferas los pierden en el aire. Si no fuera por eso, el voltaje subiría hasta el infinito conforme subiera la carga en las esferas.

El voltaje es muy elevado (los electrones están muy apretados y por lo tanto muy cabreados ya que cargas iguales se repelen y cuanto más juntos más potencial necesitan para no separarse, o mejor dicho, más fuerza hacen los electrones al repelerse entre sí como para que la bola los pueda contener y algunos acaban venciendo la resitencia del aire y saltan), pero la carga en culombios es pequeña (por el tamaño del almacén de carga y la distancia entre las bolas). En el momento el tío se acerca a tocar la bola estando en tierra, ofrece un camino de descarga de 2000 Ohm hacia el suelo. En el primer nanosegundo pasarán 100A por su cuerpo, a 200.000V hacen 20MW en 10-9 segundos, equivalente a 0,02 Ws o 0,02 J de energía, o lo que es lo mismo en términos cotidianos, 5'555*10-9 kWh. Se necesitan más de 100 J, es decir 5000 veces más energía para que un desfibrilador haga reaccionar a un corazón humano. En el siguiente nanosegundo, si la carga es tan pequeñita, ya no quedarán electrones en la esfera y aunque el generador esté encendido, el ritmo de creación de electrones es tan lento que se van todos por el camino a tierra así que el potencial de la esfera es 0.

Así que lo que mata no es la corriente, sino la energía (depende de por donde entre y salga del cuerpo, hará falta más o menos energía para poder matarte), que no es ni más ni menos que la potencia de la electricidad, durante el suficiente tiempo.
#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.
#63 huh, me lo hubiera aclarado tremendamente. El sintagma "corriente constante" no aparece ni en el artículo de la Wikipedia: es.wikipedia.org/wiki/Generador_de_Van_de_Graaff

Gracias a todos por la discusión, ahora tengo bastante más asentado :-P
#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.
#70 Básicamente no puedes tener grados de libertad en las tres variables de la ley de ohm. No puedes determinar intensidad, resistencia y voltaje al mismo tiempo (de hecho si intentas calcular un circuito intentándolo verás por qué: no hay forma de colocar los componentes de tal forma que hagan eso en un circuito real). Si usan una fuente de corriente (de intensidad), por fuerza la tensión va a variar en fucdión de las resistencias que se encuentre por el camino hacia tierra/masa.

La varianza de la resistencia del cuerpo humano sí es tan grande y ya te lo he dicho en los mensajes anteriores. Es posible encontrar puntos en los que la resistencia sea de miles de millones de ohmios y otros en los que sea de unos pocos miles. Lo de la humedad influye muchísimo. Sigues asumiendo cosas erroneas. No hace falta que te fíes de lo que digo: coge un polímetro y compruébalo por ti mismo.
#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